JP2006275543A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップサイズパッケージのような狭ピッチの被検査電極に対しても、高精度にコンタクトさせることができ、しかも確実に導通させることが可能なプローブ装置を提供する。
【解決手段】プローブ装置１は、絶縁性素材からなる可撓性のフィルム基板３と、フィルム基板３上に並列に形成された複数の導電パターンからなるコンタクト端子４と、フィルム基板３の裏面に貼着された弾性変形可能な補強用プレート５と、フィルム基板３、コンタクト端子４、及び補強用プレート５を湾曲させた状態に保持し、コンタクト端子４の先端を被検査電極に圧接させる基板保持機構６とを具備する。なお、コンタクト端子４は、先端１３が、フィルム基板３の一端に一致するとともに、被検査電極のピッチに合せて配列されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブ装置に関するものであり、特に、半導体集積回路の試験等の際に、被検査電極に対して電気的に接続されるプローブ装置に関するものである。

近年、電子部品の小型化の要求に応えるため、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれるパッケージ形態の半導体集積回路が多用されている。このような半導体集積回路では、ＩＣパッケージの外部電極及びそのピッチの微細化が図られている。

ところで、半導体集積回路の特性を検査するために、ＩＣパッケージの外部電極と、ソケットに設置された多数のコンタクトピンとを電気的に接触させて導通テストを行うＩＣ検査装置が知られている。また、半導体集積回路の製造工程では、ウエハからダイシングしたチップをパッケージに封止した後、出荷に先立ってバーンイン試験が行われている。この試験は、ソケットに装着されたコンタクトピンに、ＩＣパッケージの外部電極を接続し、外部電源からパッケージ内のチップに、電源を供給しながら、半導体集積回路を高温雰囲気中で数時間連続動作させ、電気的特性を検査する試験である。

ＩＣ検査装置におけるプローブの具体的な構成について説明する。コンタクトピンは、ＩＣパッケージの外部電極に接触する接触電極と、試験回路の端子に接続される接続電極とを有しており、また、これらの接触電極と接続電極との間にスプリングが設けられている。つまり、スプリングの付勢力により、接触電極を、ＩＣパッケージの外部電極に、適切な圧力を加えた状態で電気的に接触させている。

なお、上記の従来技術は、当業者にとって当然なされている一般的事項であり、出願人は、この従来技術を特定するに適した文献を、特に知見していない。

しかし、従来のＩＣ検査装置では、ＩＣパッケージの外部電極に合せて配列された多数のコンタクトピンを有しているが、夫々のコンタクトピンはコイルスプリングによって付勢されていることから、コンタクトピンのピッチを微細化することが困難となっていた。つまり、ＣＳＰやその他のＩＣパッケージにおける外部電極のピッチの微細化に伴って、ＩＣ検査装置におけるコンタクトピンのピッチの微細化も当然要求されるものの、コイルスプリングによって制約を受け、検査装置を作製することが困難となっていた。

また、集積回路が形成されたウエハやパッケージの反り、または半田ボールやパッケージの寸法誤差により、各電極の高さにバラツキが生じている場合には、コンタクトピンを確実に接触させることが困難となる恐れがあった。特に、電極が半田で形成されている場合には、空気中での酸化により表面が薄い酸化膜で覆われているため、外部電極に対するコンタクトピンの押圧力が弱い場合には、接触しているにも拘わらず導通させることができなくなる恐れがあった。

そこで、本発明は、上記の実状に鑑み、ＣＳＰのような狭ピッチの被検査電極に対しても、高精度に対応することができ、しかも確実に導通させることが可能なプローブ装置の提供を課題とするものである。

本発明にかかるプローブ装置は、「絶縁性素材からなる可撓性の基板と、
該基板上に並列に形成された複数の導電パターンからなり、先端が、前記基板の一端に一致するとともに、被検査電極のピッチに合せて配列された複数のコンタクト端子と、
前記基板を湾曲させた状態に保持し、前記コンタクト端子の先端を前記被検査電極に圧接させる基板保持機構とを具備する」ものである。

本発明によれば、基板保持機構によって基板が保持され、基板の一端まで延出された複数のコンタクト端子が、それぞれの被検査電極に圧接させられる。特に、コンタクト端子は、基板に形成された導電パターンから構成されており、基板とともに湾曲した状態で被検査電極に圧接させられる。つまり、基板の弾性力を利用してコンタクト端子を被検査電極に圧接させることから、コイルスプリング等が不要となり、ひいては基板の一端側に臨むコンタクト端子のピッチを、微細化することが可能となる。すなわち、狭ピッチの被検査電極に対応することが可能になる。また、被検査電極に対するコンタクト端子の圧接力は、基板の湾曲率によって変化する。つまり、基板の湾曲率を調整することにより、コンタクト端子の圧接力を適切な圧力に設定することが可能になる。

また、基板を一定の状態に湾曲させたまま、すなわち被検査電極に対してコンタクト端子を一定の圧力で圧接させたまま、摺動させることが可能になる。このため、被検査電極に大きな負荷を加えることなく、被検査電極の表面の酸化膜を、コンタクト端子の先端によって掻き取ることが可能になり、コンタクト端子を被検査電極に導通させることができる。特に、コンタクト端子の先端は、基板のエッジに位置していることから、応力が集中し酸化膜を容易に掻き取ることができる。また、これとともに、コンタクト端子自体のセルフクリーニングも行われる。

ところで、本発明のプローブ装置において、「前記基板は、可撓性のフィルム基板から構成され、該基板の裏面に、弾性変形可能な補強用プレートが貼着されている」構成を採用してもよい。

ここで、「フィルム基板」としては、ポリイミド樹脂等の絶縁性素材からなる可撓性のフィルム基板を例示することができる。また、「補強用プレート」としては、ステンレス等の金属板を例示することができる。

これによれば、可撓性のある基板として多用されている、フレキシブルな可撓性のフィルム基板を利用した場合でも、補強用プレートを貼着することにより、フィルム基板を一定の姿勢（平面形状）に保持させることができるとともに、湾曲させた場合には弾性力を発生させ、弾性力によってコンタクト端子を被検査電極に圧接させることができる。

また、本発明のプローブ装置において、「前記基板及び前記補強用プレートにおける、複数の前記コンタクト端子の先端間に、切欠状のスリットが形成されている」構成を採用してもよい。

これによれば、基板の一端には、複数のコンタクト端子の先端が並列して臨んでいるが、それぞれのコンタクト端子の先端間には、切欠状のスリットが形成され、基板及び補強用プレートは、いわゆる櫛状となっている。このため、ウエハやパッケージの反り、または半田ボールやパッケージの寸法誤差により、各電極の高さにバラツキが生じていても、それぞれのコンタクト端子の先端部分は、その高低差に従って個々に変形する。つまり、スリットを形成することにより、各被検査電極における高さのバラツキを吸収することが可能になる。

このように、本発明のプローブ装置では、基板の弾性力を利用してコンタクト端子を被検査電極に圧接させることから、基板の一端側に臨むコンタクト端子のピッチを、微細化することが可能となり、ＣＳＰのような狭ピッチの被検査電極に対しても、高精度に対応することができる。また、被検査電極の表面の酸化膜を、効率的に取り除くことができ、コンタクト端子と被検査電極との間での導通性を確保することができる。また、基板の湾曲率を調整することにより、コンタクト端子の圧接力を適切な圧力に設定することが可能になり、被検査電極に傷を付けたり打痕を生じさせたりすることを防止できる。また、コンタクト端子のインダクタンスが小さく、しかも伸縮がないことからインダクタンスの変化も少ないため、検査精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態であるプローブ装置について、図１に基づき説明する。図１はプローブ装置の構成を示す斜視図である。本実施形態のプローブ装置１は、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）のような狭ピッチの被検査電極２（図２参照）を有する半導体集積回路に対して、導通テストやバーンイン試験を行う際に利用されるものである。

図１に示すように、プローブ装置１は、フィルム基板３と、フィルム基板３に形成された複数のコンタクト端子４と、フィルム基板３の裏面に貼着された補強用プレート５とを具備している。フィルム基板３は、ポリイミド樹脂等の絶縁性素材からなる可撓性の基板であり、所謂、フレキ基板と称されている。なお、フィルム基板３の厚みは、特に限定されるものはないが、本例では約３０〜５０μｍである。本例のフィルム基板３は、幅広の基部３ａと、それよりも幅の狭いパターン形成部３ｂと、さらに幅の狭いコンタクト部３ｃとからなり、全体的に階段状に形成されている。また、コンタクト部３ｃには、複数のスリット８が形成されているが、これについては後述する。

コンタクト端子４は、フィルム基板３上に並列に形成された複数の導電パターンからなり、先端１３が、フィルム基板３の一端（図１では上端）に一致するとともに、被検査電極２のピッチに合せて配列されている。なお、本例では、コンタクト端子４の厚みを、５〜２０μｍとし、先端１３におけるコンタクト端子４のピッチを、４０μｍとしている。また、各コンタクト端子４は、フィルム基板３のコンタクト部３ｃから基部３ａにかけて平行に延出されており、基部３ａ側における端部には、千鳥状に配置された円状のピッチ変換部１０が形成されている。つまり、千鳥状に配置することにより、コンタクト端子４の端部における間隔を広げ、被検査電極２に合わせた狭ピッチの配置から、それよりも広いピッチ（例えば５０μｍ）の配置へと、ピッチを変換している。なお、ピッチが変換された各コンタクト端子４の端部には、コンタクト端子４を介して信号を取り出すためのスルーホール９が穿設されている。このスルーホール９は、フィルム基板３及び補強用プレート５を貫通して形成されている。

補強用プレート５は、ステンレス等の金属板からなり、フィルム基板３を一定の姿勢（平面形状）に保持させるとともに、湾曲させた場合には弾性力を発生させる。この補強用プレート５の形状は、フィルム基板３の形状と同一であり、階段状に形成されている。

補強用プレート５及びフィルム基板３におけるコンタクト部３ｃには、複数のコンタクト端子４間に、切欠状のスリット８が形成されており、いわゆる櫛状となっている。このため、それぞれのコンタクト端子４は、僅かな範囲であるが、撓み量を個々に変化させることが可能になる。

一方、フィルム基板３及び補強用プレート５は、基板保持機構６の支持部１２によって支持されている。基板保持機構６は、図示しない駆動手段のアームに接続されており、フィルム基板３及び補強用プレート５を湾曲させた状態で、コンタクト端子４の先端１３を被検査電極２に圧接させることを可能にしている。また、フィルム基板３及び補強用プレート５を一定の状態に湾曲させたまま、すなわち被検査電極２に対してコンタクト端子４を一定の圧力で圧接させたまま、水平方向に摺動させることも可能にしている。

次に、プローブ装置１の動作について、図２を基に説明する。基板保持機構６によってフィルム基板３及び補強用プレート５が保持され、フィルム基板３の一端まで延出された複数のコンタクト端子４が、それぞれの被検査電極２に圧接させられる。特に、コンタクト端子４は、フィルム基板３及び補強用プレート５とともに湾曲した状態で被検査電極２に圧接させられる。この際、補強用プレート５は弾性力を有することから、その弾性力を利用してコンタクト端子４を被検査電極２に圧接させることができる。

また、コンタクト端子４を一定の圧力で圧接させたまま摺動させるため、被検査電極２に大きな負荷を加えることなく、被検査電極２の表面の酸化膜、及びコンタクト端子４の先端１３の酸化膜を、除去することが可能になり、ひいてはコンタクト端子４を被検査電極２に確実に導通させることが可能になる。

また、隣合うコンタクト端子４の先端１３間には、切欠状のスリット８が形成されているため、例えば集積回路が形成されたウエハやパッケージの反り、または半田ボールやパッケージの寸法誤差により、各電極の高さにバラツキが生じていても、それぞれのコンタクト端子４の先端部分はその高低差に従って個々に変形する。つまり、各被検査電極２における高さのバラツキが、スリット８によって吸収される。

ところで、本例のプローブ装置１をバーンイン試験に用いる場合には、冷却装置等を用いて、プローブ装置１を冷却させることが好ましい。つまり、バーンイン試験では、半導体集積回路を高温雰囲気中で数時間連続動作させることが行われるが、コンタクト部分であるプローブ装置１を冷却させるようにすれば、フィルム基板３の熱変形を抑制し、コンタクト端子４のピッチを維持することが可能になる。

このように、本例のプローブ装置１では、フィルム基板３及び補強用プレート５の弾性力を利用してコンタクト端子４を被検査電極２に圧接させることから、コイルスプリングなどが不要となり、フィルム基板３の一端側に臨むコンタクト端子４のピッチを、微細化することが可能となる。したがって、ＣＳＰのような狭ピッチの被検査電極２（例えば４０μｍ）に対しても、高精度にコンタクトさせることができる。特に、補強用プレート５を用いることにより、フィルム基板３を一定の姿勢（平面形状）に保持させることができるとともに、湾曲させた場合には弾性力を発生させ、弾性力によってコンタクト端子４を一定の圧力で圧接させることができる。

また、被検査電極２の表面の酸化膜を効率的に取り除くことができ、コンタクト端子４と被検査電極２との間での導電性を確保することができる。

さらに、本例のプローブ装置１では、コンタクト端子４の先端１３間に、切欠状のスリット８が形成されているため、各被検査電極２における高さのバラツキを吸収することが可能になる。

また、本例のプローブ装置１では、フィルム基板３に形成された導電パターンを利用してコンタクト端子４を構成するため、比較的安価に製造することができ、バーンイン試験等にかかる設備コストを大幅に低減させることができる。

また、本例のプローブ装置１では、フィルム基板３の湾曲率を調整することにより、コンタクト端子４の圧接力を適切な圧力に設定することが可能になり、被検査電極２に傷を付けたり打痕を生じさせたりすることを防止できる。また、コンタクト端子４のインダクタンスが小さく、しかも伸縮がないことからインダクタンス４の変化も少ないため、検査精度を向上させることができる。さらに、コンタクト端子４は、コンタクト部分から延出された導電パターンで形成されているため、接点の箇所が少なくなり、導通性をさらに高めることができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、上記のプローブ装置１では、一列に配列された複数の被検査電極２を、検査対象とするものを示したが、複数の被検査電極２が複数列に亘って配列されている検査対象に対しては、図３に示すように、複数枚のプローブ装置１を所定の間隔で並設させることにより対応することが可能になる。つまり、マトリクス状に配置された複数のコンタクト端子４を、同時に撓ませた状態で、各被検査電極２にコンタクトさせることが可能になる。

また、上記のプローブ装置１では、基板としてフィルム基板３を用い、フィルム基板３の裏面に補強用プレート５を貼着させるものを示したが、フィルム基板３よりも硬く弾性力を有する素材（例えばガラスエポキシ樹脂）で基板を形成するようにすれば、補強用プレート５を省くことができ、全体の構造及び製造方法が一層簡単になる。

また、上記の実施形態では、ＣＳＰの外部電極を被検査電極としてコンタクトさせるものを示したが、製品化される前の段階であるウエハーレベル（ダイレベル）における電極に対してコンタクトさせるようにしてもよい。

また、上記のプローブ装置１では、被検査電極２に対してコンタクト端子４を一定の圧力で圧接させたまま摺動させるものを示したが、例えば、コンタクト端子４と被検査電極２との間に薄いシート部材を介装した状態でコンタクト端子４を摺動させ、コンタクト端子４が所定の位置に到達した後、シート部材を引き抜くようにしてもよい。これによれば、被検査電極２に対するコンタクト端子４の摩擦抵抗が低減されるため、被検査電極２の傷付きを防止することが可能になる。

また、上記のプローブ装置１では、コンタクト端子４の端部に、信号を取り出すためのスルーホール９を穿設するものを示したが、コンタクト端子４のよって検出された信号を処理するための処理回路を、フィルム基板３上に形成し、導電パターン上でコンタクト端子４と接続させるようにしてもよい。これによれば、コンタクト端子４と処理回路とが、同一の基板上で形成されることになり、低廉化を図るとともに、これらの維持管理が容易になる。

さらに、上記のプローブ装置１では、複数のコンタクト端子４を平行に配列させ、千鳥状に配置されたピッチ変換部１０によってピッチを広げるものを示したが、複数のコンタクト端子４を扇状（放射状）に配列させるようにしても、端部側のピッチを広げることが可能になる。但し、上記実施形態のように複数のコンタクト端子４を平行に配列させることにより、プローブ装置１の小型化及び軽量化が可能になる。

本発明のプローブ装置の構成を示す斜視図である。 プローブ装置の使用状態を示す説明図である。 プローブ装置の応用例を示す説明図である。

符号の説明

１ プローブ装置
２ 被検査電極
３ フィルム基板（基板）
４ コンタクト端子
５ 補強用プレート
６ 基板保持機構
８ スリット

Claims (3)

1. 絶縁性素材からなる可撓性の基板と、
   該基板上に並列に形成された複数の導電パターンからなり、先端が、前記基板の一端に一致するとともに、被検査電極のピッチに合せて配列された複数のコンタクト端子と、
   前記基板を湾曲させた状態に保持し、前記コンタクト端子の先端を前記被検査電極に圧接させる基板保持機構と
   を具備することを特徴とするプローブ装置。
2. 前記基板は、可撓性のフィルム基板から構成され、
   該基板の裏面に、弾性変形可能な補強用プレートが貼着されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
3. 前記基板及び前記補強用プレートにおける、複数の前記コンタクト端子の先端間に、切欠状のスリットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプローブ装置。

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