JP2005037229A - 電気的接続装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 接続装置が効果的に冷却される構造とすることにある。
【解決手段】 電気的接続装置は、複数の第1の接続部を下面に備えるカード基板の下側にフレームを配置し、それぞれが複数の第2の接続部を備える複数のプローブ基板をフレームに面一に配置し、複数のプローブを各プローブ基板の下側に配置し、第1及び第2の接続部をカード基板とプローブ基板との間に配置された配線基板により一対一の関係に接続している。接続基板の配線は、上下方向へ伸びている。
【選択図】 図1
【解決手段】 電気的接続装置は、複数の第1の接続部を下面に備えるカード基板の下側にフレームを配置し、それぞれが複数の第2の接続部を備える複数のプローブ基板をフレームに面一に配置し、複数のプローブを各プローブ基板の下側に配置し、第1及び第2の接続部をカード基板とプローブ基板との間に配置された配線基板により一対一の関係に接続している。接続基板の配線は、上下方向へ伸びている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域の通電試験に用いられる電気的接続装置に関する。
本発明においては、支持基板としてのカード基板の厚さ方向を上下方向といい、カード基板に対するプローブの針先の側(半導体ウエーハの側)を下方といい、カード基板に平行な直角座標の2つの方向をX方向及びY方向という。しかし、接続装置の実際の使用に際しては、カード基板の厚さ方向を斜め又は横の方向としてもよいし、上下方向を逆にしてもよい。
半導体ウエーハ上の複数の集積回路領域の同時通電試験に用いることができるプローブカードのような電気的接続装置は、例えば特許文献1及び2に記載されているように、種々提案されている。
これらの従来技術においては、一度に通電試験すべき集積回路領域内の電極数と同数の、プローブ、プローブ領域又はプローブ要素(以下、それらを単に「プローブ」という。)を支持基板として作用するカード基板に取り付けている。
そのため、電気的接続装置は多数のプローブを備えなければならない。そのような接続装置においては、加熱試験にともなう半導体ウエーハの加熱、通電にともなう半導体ウエーハ自体やプローブ自体の発熱等により、接続装置自体が高温になるから、接続装置自体を冷却することが重要である。
しかし、従来のこの種の接続装置は、プローブを針押えやフレーム等によりプローブ基板に取り付けているため、接続装置、特にプローブを支持している針押えやフレーム等が効果的に冷却されず、それらの温度上昇にともなってプローブの針先と集積回路の電極との間に相対的な位置ずれが生じ、その結果正確な試験(検査)結果を得られないことがあった。
本発明の目的は、接続装置が効果的に冷却される構造とすることにある。
本発明に係る電気的接続装置は、複数の第1の接続部を下面に備えるカード基板と、該カード基板の下側に配置されたフレームと、該フレームに面一に位置する状態に配置された複数のプローブ基板であってそれぞれが前記第1の接続部に個々に接続された複数の第2の接続部を上面に備えると共に該第2の接続部に個々に接続された複数の第3の接続部を下面に備える複数のプローブ基板と、前記第3の接続部に個々に配置された複数のプローブと、前記第1及び第2の接続部を一対一の関係に接続する複数の配線を少なくとも一方の面に備える接続基板とを含む。前記接続基板は、前記配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記プローブ基板との間に配置されている。
本発明の電気的接続装置においては、接続基板をその配線が上下方向に伸びる状態にカード基板とプローブ基板との間に配置しているから、空気の流動を許す空間がカード基板とプローブ基板との間に形成される。このため、そのような空間を流動する空気により、接続装置特にカード基板及びプローブ基板が効果的に冷却される。
上記の結果、複数のプローブ基板を用いることと相まって、接続装置特にプローブ基板の温度上昇にともなうプローブの針先と集積回路の電極との相対的位置ずれが防止されて、正確な試験(検査)結果を得ることができる。
電気的接続装置は、さらに、前記第1の接続部に個々に接続された複数の第1の端子を備える第1のコネクタであって前記カード基板の下面に配置された第1のコネクタと、前記第2の接続部に個々に接続された複数の第2の端子を備える第2のコネクタであって前記プローブ基板の上面に配置された第2のコネクタとを含み、前記接続基板は、各配線が前記第1及び第2の端子に接続された状態に前記第1及び第2のコネクタに結合されて、前記第1及び第2の接続部を一対一の関係に接続していてもよい。そのようにすれば、接続装置の組み立て作業が容易になる。
前記第1のコネクタは、下方に開放する第1のスロットを有すると共に、該第1のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記第2のコネクタは、下方に開放する第2のスロットを有すると共に、該第2のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記接続基板の上端部及び下端部は、それぞれ、前記第1及び第2のスロットに嵌合されていてもよい。そのようにすれば、接続基板は、その配線が第1及び第2の端子に接続された状態に、確実に維持される。
各プローブ基板はその中央においてねじ部材により前記フレームに取り付けられていてもよい。そのようにすれば、プローブ基板が熱膨張しても、その熱膨張がプローブ基板の中央部からその周りの方向となるから、複数のプローブ基板を合わせた大きさと同じ大きさの単一の基板を支持用の基板として用いる場合に比べ、各プローブ基板の熱膨張量が少なくなる。
各プローブ基板は、当該プローブ基板と平行の面内で熱伸縮可能に隣のプローブ基板と共にそれらの境界の複数箇所において前記フレームに取り付けられていてもよい。そのようにすれば、プローブ基板が複数箇所においてフレームに取り付けられているにもかかわらず、各プローブ基板の熱伸縮が阻害されず、その結果、湾曲、ゆがみ、ねじれ等、プローブ基板の変形が防止される。
前記フレームは、矩形の枠部と、第1の方向に間隔をおいて前記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる状態に前記枠部に取り付けられた複数の長板部とを備え、各プローブ基板は前記長板部の下側に取り付けられていてもよい。そのようにすれば、隣り合う長板部の間の空間を空気の流路として作用させることができる。
各プローブは、前記第3の接続部に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出されていてもよい。そのようにすれば、プローブの針先を集積回路の電極に確実に押圧することができる。
電気的接続装置は、さらに、複数の第4の接続部を一方の面に備える実装基板であって前記カード基板の上方に前記カード基板と平行に配置された実装基板と、該実装基板の他方の面に配置された複数の電子部品であってそれぞれが前記第4の接続部に個々に接続された複数の端子を備える電子部品と、複数の第3の端子を備える第3のコネクタであって前記カード基板の上面に取り付けられた第3のコネクタと、前記第4の接続部に個々に接続された複数の第4の端子を備える第4のコネクタであって前記実装基板の下面に取り付けられた第4のコネクタと、複数の第2の配線を少なくとも一方の面に備える第2の接続基板とを含み、前記カード基板は、さらに、前記第1の接続部に個々に接続された複数の第5の接続部を上面に備え、前記第2の接続基板は、前記第2の配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記実装基板との間に配置されて、前記第3及び第4のコネクタに結合されていてもよい。そのようにすれば、カード基板の上方に実装基板を配置しているにもかかわらず、空気の流動を許す空間がカード基板と実装基板との間に形成されるから、そのような空間を流動する空気により、接続装置特にカード基板が効果的に冷却される。
図1〜図10を参照するに、電気的接続装置10は、半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域(未切断の集積回路)を同時に検査する装置に用いられる。半導体ウエーハは、矩形をした複数の集積回路領域をマトリクス状に有している。図示の例では、各集積回路領域は、複数の電極を1列に配置している。
電気的接続装置10は、円板状のカード基板12と、カード基板12の下面に配置されたフレーム14と、フレーム14の下側に配置された複数のプローブ基板16と、各プローブ基板16に配置された複数のプローブ18と、カード基板12の上側に配置された複数の実装基板20と、各実装基板20の上面に配置された複数の電子部品22とを含む。
カード基板12は、ガラス入りエポキシ樹脂のような電気絶縁材料を用いて製作されており、また、図5に示すように複数の接続部24を下面中央領域に有していると共に、他の複数の接続部26を上面中央領域に有しており、さらに図2及び図4に示すようにテスターに接続される複数のテスターランド28を上面外周縁部に多重に有している。
接続部24及び26は、カード基板12に形成された配線パターンの一部である。接続部24は、接続部26及びテスターランド28のいずれかに内部の配線により一対一の形に電気的に接続されている。接続部24及び接続部26の各々は、それぞれが2列ずつの複数の接続部列群とされている。
フレーム14は、熱膨張係数の小さい金属材料を用いて製作されている。フレーム14は、複数の長板部30を、これらの幅方向が上下方向となる状態で矩形の枠部32内を第1の方向に間隔をおいて第1の方向と交差する第2の方向に伸びるように、枠部32に一体的に形成している。枠部32は、フレーム14をカード基板12に取り付けるフランジ部として作用する。
図6から図10に示すように、各プローブ基板16は、セラミックのような電気絶縁材料を用いて矩形の形状に製作されている。各プローブ基板16は、接続部24に個々に電気的に接続された複数の接続部34を上面に備えると共に、内部又は接続ビアにより接続部34に個々に電気的に接続された複数の接続部36を下面に備えている。
複数のプローブ基板16は、これらの厚さ方向が上下方向となってこれらが面一となる状態に、その中央においてねじ部材38によりフレーム14の長板部30の下面に取り付けられている。
接続部34及び36は、プローブ基板16に形成された配線パターンの一部である。接続部34及び36の各々は、それぞれが2列ずつの複数の接続部列群とされている。
各プローブ基板16は、また、これの外周縁部の複数箇所に形成された貫通穴や切欠部等の凹欠部40に遊びをもって配置されたリング状の座42とこの座42に通されたねじ部材44とにより、隣の複数のプローブ基板16と共に、長板部30に取り付けられている。このため、各カード基板12は、これと平行の面内で熱伸縮可能である。
図示の例では、4つのプローブ基板16が隙間をおいて十字状に及び面一に配置されている。しかし、プローブ基板16の数は、同時に検査すべき集積回路数夜、プローブ基板16自体の大きさ等により異なる。
各プローブ18は、図11に示すように、上下方向に間隔をおいてプローブ基板16の幅方向へ伸びる第1及び第2のアーム部46,48と、両アーム部46,48をそれらの先端部及び基端部においてそれぞれ連結する第1及び第2の連結部50,52と、第1の連結部50の下縁側に続く針先部54と、第2の連結部52から上方へ伸びる延長部56と、第1及び第2のアーム部46,48から上方に間隔をおくように延長部56の上端に続く取り付け部58とを含む。
針先部54は、第1の連結部50の下縁部と第2のアーム部48の先端側の下縁部とに一体的に続く台座部60と、台座部60の下縁部から突出する接触部62とを備えている。
アーム部46,48、第1及び第2の連結部50,52、延長部56、取り付け部58及び台座部60は、ほぼ同じ厚さ寸法を有する一体的な板の形状とされており、したがってプローブ18は、全体的に平坦なブレードタイプのプローブとされている。しかし、プローブ18は、ニードルタイプのような他のプローブであってもよい。
接触部62は、截頭円錐形又は截頭角錐形の形状を有しており、またそのような円錐形又は角錐形の底面に対応する箇所において台座部60の下面に一体的に形成されている。接触部62の先端面は、図示の例では、集積回路領域の電極に押圧される針先として作用する。接触部62は、半球状のバンプ電極、先鋭な突起電極、リング状の電極等、他の形状のものであってもよい。
各プローブ18は、取り付け部58の上端面において接続部36の下面に半田のような導電性接着剤により接着されている。図示の例では、プローブ18は、2列ずつの複数列に配置されている。しかし、プローブ18は、それら針先が平板状被検査体としての集積回路領域の電極に個々に対応するように、プローブ基板16に装着されている。
各実装基板20は、ガラス入りエポキシ樹脂のような電気絶縁材料を用いて長板状に製作されており、また図5に示すように、複数の接続部64を下面に備えると共に、内部配線又は接続ビアにより接続部64に個々に電気的に接続された他の複数の接続部(図示せず)を上面に備えている。
接続部64及び他の接続部も、実装基板20に形成された配線パターンの一部であり、またそれぞれが2列ずつの複数の接続部列群とされている。
実装基板20は、カード基板12から上方に間隔をおいてプローブ18の配列方向へ伸びていると共に、プローブ18の配列方向と直交する方向に相互に間隔をおいている。
各電子部品22は、複数の電極を有しており、各電極を実装基板20の上面の図示しない他の接続部に半田のような導電性接着剤により接着されている。各実装基板20は、複数の電子部品22を上面に2列に配置している。
実装基板20とカード基板12との間には、補強板66が配置されている。補強板66は、金属材料を用いて円板状に製作されており、また矩形の穴68を中央部に有している。
カード基板12とフレーム14とは、カード基板12から下方へ伸びてプローブ基板16の穴72に通された複数の位置決めピン70により相互の位置決めをされる。カード基板12と補強板66とは、カード基板から上方へ伸びて補強板の穴74に通された図示しない複数の位置決めピンにより相互の位置決めをされる。
カード基板12とフレーム14と補強板66とは、複数のボルト76をフレーム14の枠部32及びカード基板12の貫通穴78,80に通して補強板66のねじ穴82に螺合させることにより、分離可能に組み立てられる。
コネクタ84及び86は、それぞれ、それらが対向するように、カード基板12の下面及びプローブ基板16の上面に複数列に組み付けられている。同様に、コネクタ88及び90は、それぞれ、それらが対向するように、カード基板12の上面及び実装基板20の下面に複数列に組み付けられている。各コネクタ列は、カード基板12、プローブ基板16及び実装基板20の接続部列群に一対一の関係に対応されている。
コネクタ84,86,88及び90の各々は、その1つ86を図6及び図7に拡大して示すように、対応する接続部の長手方向間隔をおいて対応する接続部列群の方向に伸びる角柱状の一対の部材92を備えており、また両部材92の間をスロット94としている。
各部材92は、これの長手方向に間隔をおいて平行に伸びる複数の溝96を隣り合う面に有している。各溝96は、隣り合う面の溝部分が相互に連続するように,L字状に屈曲されている。各溝96には、端子98が配置されている。
各端子98は、L字状に屈曲されている。各端子98のうち、スロット94内に位置された領域は、これがばね性を有するように弧状に湾曲されている。
各コネクタは、スロット94が対向する相手側のコネクタに向けて開放しかつ各端子98が対応する接続部に接触された状態に、対応する基板にねじ止めのような適宜な手段で取り付けられている。
対向するコネクタ84及び86並びに88及び90は、それぞれ、長い板状をした接続基板100及び102により連結されている。
接続基板100及び102の各々は、その1つ100を図6及び図7に拡大して示すように、接続基板の長手方向に間隔をおいて接続基板の幅方向に伸びる複数の配線104を一方の面及び他方の面のそれぞれに有している。
各接続基板は、各配線104が対応するコネクタの端子98に電気的に接続されるように、幅方向における一端部及び他端部をそれぞれ対向する一方及び他方のコネクタのスロット94に嵌合されて、フレーム14の長板部30と平行に伸びている。
このため、各接続基板100を対応するコネクタ84,86に嵌合させた状態で、カード基板12、プローブ基板16及び補強板66を組み付け、次いで各接続基板102の一端部を対応するコネクタ88に嵌合させ、その後コネクタ90を各接続基板102の他端部に嵌合させることができるから、接続装置10の組み立て作業が容易になる。
また、各接続基板を対応するコネクタに嵌合させると、接続基板100,102は、それらの配線104が対応するコネクタの端子98に接続された状態に、確実に維持される。
各プローブ18は、プローブ基板16の接続部36,34、コネクタ86の端子98、接続基板100の配線104及びコネクタ84の端子98により、カード基板12の下面の接続部24に電気的に接続されている。
カード基板12の下面のいくつかの接続部24は、カード基板12の内部配線によりテスターランド28に電気的に接続されている。残りの接続部24は、カード基板12の内部配線により、カード基板12の上面の接続部26に電気的に接続されている。
各電子部品22の各電極は、実装基板20の接続部64、コネクタ90の端子98、接続基板102の配線104及びコネクタ88の端子98により、カード基板12の接続部26に電気的に接続されている。
ほぼ2分の1の接続部26は、また、カード基板12の内部配線により、テスターランド28に電気的に接続されている。
上記から明らかなように、各プローブ18は、テスターランド28に電気的に接続されている。各テスターランド28はテスターに電気的に接続される。
集積回路領域の検査時、各プローブ18の針先が集積回路領域の電極に押圧された状態で、各プローブ18に通電される。検査内容や集積回路の種類によっては、検査の間、半導体ウエーハはこれを支持する部材に配置されたヒーターにより所定の温度に維持されることがある。
しかし、電気的接続装置10においては、接続基板100,102を、それぞれ、それらの配線104が上下方向に伸びる状態にカード基板12とプローブ基板16との間並びにカード基板12と実装基板20との間に並列的に配置しているから、空気の流動を許す空間がカード基板12とプローブ基板16との間並びにカード基板12と実装基板20との間に形成される。このため、そのような空間を流動する空気により、カード基板12、プローブ基板16及び実装基板20が効果的に冷却される。
特に、図示の例のように、複数の長板部30及び複数の接続基板100,102が一方向に間隔をおいて並列的に伸びていることにより、それらの空間が空気の流路として作用し、空気はそれらの空間を確実に流動する。
また、フレーム14の長板部30と接続基板100との間の空間、並びに、隣り合う接続基板102の間の空間が接続装置10の周囲の空間に開放していることにより、それらの空間が空気の流路として確実に作用し、空気はそれらの空間を確実に流動して、接続装置10を効果的に冷却する。
上記の結果、複数のプローブ基板16を用いることと相まって、プローブ基板16及びカード基板12の温度上昇にともなうプローブ18の針先と集積回路の電極との相対的位置ずれが防止されて、正確な試験(検査)結果を得ることができる。
接続装置10においては、各プローブ基板16が、その中央においてねじ部材によりフレーム14に取り付けられているから、プローブ基板16が熱膨張しても、その熱膨張がプローブ基板16の中央部からその周りの方向となり、その結果複数のプローブ基板16を合わせた大きさと同じ大きさを有する単一の基板を支持用の基板として用いる場合に比べ、各プローブ基板16の熱膨張量が少なくなる。
また、各プローブ基板16がプローブ基板16と共にそれらの境界の複数箇所においてフレーム14に遊びを有する状態に取り付けられているから、プローブ基板16が複数箇所においてフレーム14に取り付けられているにもかかわらず、各プローブ基板16の熱伸縮が阻害されず、その結果、湾曲、ゆがむ、ねじれ等、プローブ基板16の変形が防止される。
さらに、各プローブ18がプローブ基板16の下面の接続部36に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出しているから、プローブ18の針先を集積回路領域の電極に確実に押圧することができる。
実装基板20を用いない場合、図12に示すように、電子部品22をカード基板12の上面に配置してもよい。また、電子部品22を接続基板100又は102に配置してもよい。
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
10 電気的接続装置
12 カード基板
14 フレーム
16 プローブ基板
18 プローブ
20 実装基板
22 電子部品
24,26,34,36,64 接続部
30 長板部
32 枠部
38,44 ねじ部材
40 凹欠部
42 座
70 位置決めピン
76 ボルト
84,86,88,90 コネクタ
94 スロット
98 端子
100,102 接続基板
104 配線
12 カード基板
14 フレーム
16 プローブ基板
18 プローブ
20 実装基板
22 電子部品
24,26,34,36,64 接続部
30 長板部
32 枠部
38,44 ねじ部材
40 凹欠部
42 座
70 位置決めピン
76 ボルト
84,86,88,90 コネクタ
94 スロット
98 端子
100,102 接続基板
104 配線
Claims (8)
- 半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域の通電試験用電気的接続装置であって、
複数の第1の接続部を下面に備えるカード基板と、該カード基板の下側に配置されたフレームと、該フレームに面一に位置する状態に配置された複数のプローブ基板であってそれぞれが前記第1の接続部に個々に接続された複数の第2の接続部を上面に備えると共に該第2の接続部に個々に接続された複数の第3の接続部を下面に備える複数のプローブ基板と、前記第3の接続部に個々に配置された複数のプローブと、前記第1及び第2の接続部を一対一の関係に接続する複数の配線を少なくとも一方の面に備える接続基板とを含み、前記接続基板は、前記配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記プローブ基板との間に配置されている、電気的接続装置。 - さらに、前記第1の接続部に個々に接続された複数の第1の端子を備える第1のコネクタであって前記カード基板の下面に配置された第1のコネクタと、前記第2の接続部に個々に接続された複数の第2の端子を備える第2のコネクタであって前記プローブ基板の上面に配置された第2のコネクタとを含み、前記接続基板は、各配線が前記第1及び第2の端子に接続された状態に前記第1及び第2のコネクタに結合されて、前記第1及び第2の接続部を一対一の関係に接続している、請求項1に記載の電気的接続装置。
- 前記第1のコネクタは、下方に開放する第1のスロットを有すると共に、該第1のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記第2のコネクタは、下方に開放する第2のスロットを有すると共に、該第2のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記接続基板の上端部及び下端部は、それぞれ、前記第1及び第2のスロットに嵌合されている、請求項2に記載の電気的接続装置。
- 各プローブ基板はその中央においてねじ部材により前記フレームに取り付けられている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
- 各プローブ基板は、当該プローブ基板と平行の面内で熱伸縮可能に隣のプローブ基板と共にそれらの境界の複数箇所において前記フレームに取り付けられている、請求項4に記載の電気的接続装置。
- 前記フレームは、矩形の枠部と、第1の方向に間隔をおいて前記第1の方向と交差する第2の方向に伸びる状態に前記枠部に取り付けられた複数の長板部とを備え、各プローブ基板は前記長板部の下側に取り付けられている、請求項5に記載の電気的接続装置。
- 各プローブは、前記第3の接続部に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出されている、請求項1から6のいずれか1項に記載の電気的接続装置。
- さらに、複数の第4の接続部を一方の面に備える実装基板であって前記カード基板の上方に前記カード基板と平行に配置された実装基板と、該実装基板の他方の面に配置された複数の電子部品であってそれぞれが前記第4の接続部に個々に接続された複数の端子を備える電子部品と、複数の第3の端子を備える第3のコネクタであって前記カード基板の上面に取り付けられた第3のコネクタと、前記第4の接続部に個々に接続された複数の第4の端子を備える第4のコネクタであって前記実装基板の下面に取り付けられた第4のコネクタと、複数の第2の配線を少なくとも一方の面に備える第2の接続基板とを含み、
前記カード基板は、さらに、前記第1の接続部に個々に接続された複数の第5の接続部を上面に備え、
前記第2の接続基板は、前記第2の配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記実装基板との間に配置されて、前記第3及び第4のコネクタに結合されている、請求項2又は3に記載の電気的接続装置。
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2003
- 2003-07-14 JP JP2003274167A patent/JP2005037229A/ja active Pending
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