JP2007071699A - 垂直型プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 組み立てが容易で、接続不良の生じない垂直型プローブカードの実現。
【解決手段】 一方の側に複数のテスタ端子接続部を、他方の側に複数のヘッド接続部102を、内部に配線を有するプローブボード41と、複数のスプリングプローブ91を有するプローブヘッド71と、スプリングプローブと接触する複数のプローブ接触部66を、他方の側に複数のヘッド接続部102と接触する複数のボード接触部62を、内部に配線を有する配線変換部材61とを有する垂直型プローブカードであって、配線変換部材61は、フレキシブル基板であり、プローブボード41と配線交換部材61の間に設けられた異方導電加圧ゴム板51を更に備え、複数のヘッド接続部102と複数のボード接触部62は、異方導電加圧ゴム板51を介して接続される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、テスタにより被検査物の電気的試験を行うために、被検査物の電極とテスタの端子を接続するプローブカードに関し、特にスプリングプローブを配列した垂直型プローブカードに関する。

半導体装置、例えば半導体集積回路（ＩＣ）は、ウエハ上に多数形成され、ウエハ上に形成された段階で動作試験が行われ、動作不良のものは後の組み立て工程から除かれる。また、ＩＣモジュールに組み立てられた段階でも動作検査が行われる。近年は、ＩＣが形成されたウエハ上に更に配線層を形成し、配線層の上にマトリクス状に半田ボール又は半田バンプを形成したウエハレベルＣＳＰ(Chip Size Package)を形成した後、各ＩＣチップに切断してＣＳＰチップを製造することが広く行われており、ウエハレベルＣＳＰの検査も行われる。配線層には、ＩＣの電極パッドと半田ボール又は半田バンプを接続する配線が形成される。ＩＣの電極パッドは主としてチップの周辺に配置され、配列ピッチが狭いが、ＣＳＰチップでは半田ボール又は半田バンプがチップのほぼ全面に配置できるので、半田ボール又は半田バンプの配列ピッチを広くすることができる。

プローバは、被検査物であるウエハを保持し、ウエハ上に形成された各ＩＣの電極パッドとテスタの端子を接続する役割を行う装置であり、被測定物の電極に接触するプローブ群を有するプローブカードを備える。被測定物がウエハ上のＩＣである場合、ＩＣの電極パッドは配列ピッチが狭いので、プローブとしてカンチレバーが使用される。被測定物がウエハレベルＣＳＰである場合、ＣＳＰチップの半田ボール又は半田バンプは比較的配列ピッチが広いので、プローブとして先端が可動性のスプリングプローブが使用される。スプリングプローブを使用したプローブカードは、垂直型プローブカードと呼ばれる。本発明は垂直型プローブカードに関係する。

プローバでは、被検査物の電極をテスタの接続端子に確実に接続することが重要である。そのため、プローブカードのいずれかの部分で、接続不良が発生した場合には、ただちにプローブカードを取り外して修理することが必要である。例えば、スプリングプローブの接続不良及び破損などが生じた場合には、不具合の生じたスプリングプローブが交換される。近年、ＩＣチップの高集積化及び検査のスループット向上のため、プローブカードには、数千のスプリングプローブが設けられるようになっており、１本のスプリングプローブ及びその配線経路に不具合が発生する確率も高くなる。

特許文献１は、板バネを有するスプリングプローブを使用した垂直型プローブカードを記載している。

図１は、スプリングプローブを使用した垂直型プローブカードの基本構成を説明する図である。図１に示すように、垂直型プローブカードは、プローブボード２１と、配線変換部材２５と、プローブヘッド２９とで構成される。参照番号３０は、これらを締結する締結部材である。プローブボード２１は、上面に複数のテスタ端子接続電極２２を、下面に複数のヘッド接続電極２４を、内部に複数のテスタ端子接続電極２２と複数のヘッド接続電極２４の対応部分を接続する配線２３を有する。プローブボード２１は、テスタに応じて作られており、同じテスタで使用されるのであれば共通の形状を有する。

プローブヘッド２９は、検査するＣＳＰチップの半田ボール又は半田バンプの配列に応じて配列されたスプリングプローブ群を有する。ここでは、半田ボール又は半田バンプに接触するプローブ３２と、配線変換部材２５のプローブ接触電極２８に接触するプローブ３１の両方が可動性のスプリングプローブを使用した例を示している。スプリングプローブ及び複数のスプリングプローブを有するプローブヘッドについては、特許文献２に記載されているので、説明は省略する。

配線変換部材２５は、上面にプローブボード２１の複数のヘッド接続電極２４と接触する複数のボード接触電極２６を、下面にスプリングプローブのプローブ３１が接触する複数のプローブ接触電極２８を、内部に複数のボード接触電極２６と複数のプローブ接触電極２８の対応部分を接続する配線２７を有する。言い換えれば、配線変換部材２５は、ＣＳＰチップの電極配列を、テスタに対応したプローブボード２１の電極配列に変換する機能を有する。

図１に示した垂直型プローブカードの基本構成において、ＣＳＰチップの半田ボール又は半田バンプの高さのばらつきや、プローブヘッド２９のプローブ３２の先端位置のばらつきは、プローブ３２が可動性であるので、プローブ３２の可動範囲内であれば吸収して良好な接触が行える。また、配線変換部材２５のプローブ接触電極２８の高さのばらつきも、プローブ３１が可動性であるので、プローブ３１の可動範囲内であれば吸収して良好な接触が行える。

プローブボード２１のヘッド接続電極２４と配線変換部材２５のボード接触電極２６の接触は、締結部材３０により、配線変換部材２５をプローブボード２１に押し付けることによりなされる。また、プローブボード２１の上面のテスタ端子接続電極２２とテスタの接続端子との接続は、図示していない可動性のスプリングピンにより行われるので良好な接続が行われる。

特開２００３−２４０８０１ 特開２００２−２８６８０７

図１の構成において、配線変換部材には剛性の高いエポキシ樹脂などを使用したプリント基板が使用されていた。そのため、プリント基板にはうねり・反りなどの変形が生じる。そこで、締結部材３０により、配線変換部材２５をプローブボード２１に押し付けることにより配線変換部材２５が平面になるようにしているが、ある程度の変形は避けられず、上面のボード接触電極２６及び下面のプローブ接触電極２８の高さ位置がばらつくという問題があった。上記のように。プローブヘッド２９のプローブ３１は可動性であるので、プローブ接触電極２８の高さ位置のばらつきはプローブ３１の可動範囲内であれば吸収して良好な接触が行える。

一方、ボード接触電極２６は、直接プローブボード２１のヘッド接続電極２４に接触するが、ボード接触電極２６の高さ位置がばらつくと正常な接触が行われず、接続不良を生じるという問題がある。

近年、ウエハレベルＣＳＰの検査でも、ウエハレベルＣＳＰを高温又は低温にして検査するバーインテストが行われる。このため、ステージの載置面の下には、ヒータや、冷却液が流れるチラーが設けられる。バーインテストのためにステージ及び載置したウエハを過熱又は冷却すると、近接して配置されるプローブカードも過熱又は冷却され、より一層変形して、接続不良を生じる。

このような問題を回避するために、これまでは、締結部材によりプローブボード２１と、配線変換部材２５と、プローブヘッド２９とを強固に固定及びねじ止めすることが行われていた。しかし、強固な固定を行っても、接続不良を十分になくすことはできないのが現状である。

更に、このような強固な固定により、スプリングプローブが破損した場合なども、交換作業が容易には行えないという問題を生じる。

また、実際のプローブカードの組み立て作業では、接続不良を生じないように、各部のネジ止め強度などを調整しており、作業が煩雑であるという問題があった。また、このような問題があるために、メンテナンス作業も困難を極めていた。

本発明は、このような問題を解決するもので、組み立てが容易で、接続不良の生じない垂直型プローブカードの実現を目的とする。

上記目的を実現するため、本発明の第１の態様の垂直型プローブカードは、配線変換部材として、フレキシブル多層基板を使用する。

すなわち、本発明の第１の態様の垂直型プローブカードは、一方の側に複数のテスタ端子接続部を、他方の側に複数のヘッド接続部を、内部に前記複数のテスタ端子接続部と前記複数のヘッド接続部の対応部分を接続する配線を有するプローブボードと、複数のスプリングプローブを有するプローブヘッドと、一方の側に前記複数のスプリングプローブと接触する複数のプローブ接触部を、他方の側に前記複数のヘッド接続部と接触する複数のボード接触部を、内部に前記複数のプローブ接触部と前記複数のボード接触部の対応部分を接続する配線を有する配線変換部材とを有する垂直型プローブカードであって、前記配線変換部材は、フレキシブル基板であることを特徴とする。

本発明の第１の態様によれば、配線変換部材がフレキシブル基板であるので、配線変換部材は、押し付けられると変形してプローブボードに接触する。そのため、プローブボードの複数のヘッド接続部と配線変換部材の複数のボード接触部が確実に接触して接続不良を生じない。

フレキシブル基板は、位置合わせして取り付けるのが難しいので、例えば配線変換部材であるフレキシブル基板を、金属製の貼り付け枠に位置決めして接着固定した後、治具を使用してフレキシブル基板に設けられたアライメントマークとプローブヘッド（ボトムボード）に設けられた穴を光学的手段で検出することで、スプリングプローブとフレキシブル基板のパッドを高精度に位置決めする。

本発明の第２の態様の垂直型プローブカードは、プローブボードと配線変換部材の間に異方導電加圧ゴム板が設けられ、ヘッド接続部とボード接触部は異方導電加圧ゴム板を介して接続される。

すなわち、本発明の第２の態様の垂直型プローブカードは、一方の側に複数のテスタ端子接続部を、他方の側に複数のヘッド接続部を、内部に前記複数のテスタ端子接続部と前記複数のヘッド接続部の対応部分を接続する配線を有するプローブボードと、複数のスプリングプローブを有するプローブヘッドと、一方の側に前記複数のスプリングプローブと接触する複数のプローブ接触部を、他方の側に前記複数のヘッド接続部と接触する複数のボード接触部を、内部に前記複数のプローブ接触部と前記複数のボード接触部の対応部分を接続する配線を有する配線変換部材とを有する垂直型プローブカードであって、前記プローブボードと前記配線変換部材の間に設けられた異方導電加圧ゴム板を備え、前記複数のヘッド接続部と前記複数のボード接触部は、前記異方導電加圧ゴム板を介して接続されることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、ヘッド接続部とボード接触部の間の接触は、異方導電加圧ゴム板を介して行われるので、配線変換部材のボード接触部の位置をある程度の精度で位置決めすれば、接続不良が発生しない。異方導電加圧ゴム板は、柔軟性のあるシート状の絶縁材料内に、金属粒子などの導電性粒子を分散したもので、部分的に圧力を加えると、その部分がへこんで導電性粒子がつながり導電経路を構成するもので、圧力を加えた部分以外は絶縁状態が維持される。特に、導電性粒子を板に垂直な方向に列状に配列されるようにしたものは、狭い部分のみを導電性にすることができる。具体的には、ヘッド接続部であるプローブボードの電極とボード接触部である配線変換部材の電極の少なくとも一方を周囲より突出するように形成し、配線変換部材をプローブボードに押し付けて固定することにより、電極部分のみに大きな圧力が印加されて導電性状態になる。

第１の態様と第２の態様を組み合わせて、配線変換部材がフレキシブル基板とし、プローブボードと配線変換部材の間に異方導電加圧ゴム板を設ければ、より確実な接続が可能になる。

スプリングプローブは、片側又は両側に可動性のプローブを有することが望ましい。

また、被検査物の電極が半田ボール又は半田バンプである場合には、スプリングプローブの半田ボール又は半田バンプに接触する側の先端を、４つ割形状とし、接触しても半田ボール又は半田バンプの頭頂部を傷つけず、側面を突き刺す形で接触するので、先端に半田が接触した場合でも確実に接触が行え、クリーニングも容易であるようにする。

以上説明したように、本発明によれば、プローブカードを構成する部材間の電極の接触がより確実に行えるようになるので接続不良が生じないと共に、組み立ても容易であるのでスプリングプローブの交換などのメンテナンスが容易になる。

本発明によれば、プローブカード内部の電気的接触の信頼性が向上して接続不良が発生しなくなるので、プローブカードの信頼性が向上する。

これにより、高周波数での検査や、電極配列が狭ピッチのＩＣチップの検査、及びバーインテストが可能になる。

更に、本発明によれば、プローブの交換が容易になり、プローブカードのメンテナンス性が向上する。

図２は、本発明の実施例の垂直型プローブカードのプローブヘッドの取り付け部分の詳細な構成を示す図である。この部分以外は従来の垂直型プローブカードと同じであるので、説明は省略する。

図２に示すように、実施例の垂直型プローブカードは、スティフナー４０と、スティフナー４０に取り付けられるプローブボード４１と、異方導電加圧ゴム板５１と、配線変換部材として機能するフレキシブル基板６１と、プローブヘッド７１と、締結部材８１と、プローブボード４１側の締結部材４６と、を有する。スティフナー４０は、締結部材４６が収容される穴４２と、ネジ穴４３などを有する。プローブボード４１は、位置決め穴４４などを有する。なお、ここでは図示していないが、プローブボード４１には、従来と同様に、複数のテスタ端子接続電極が上面に、複数のヘッド接続電極が下面に、複数のテスタ端子接続電極と複数のヘッド接続電極とをそれぞれ接続する配線が内部に設けられている。

異方導電加圧ゴム板５１は、柔軟性のあるシート状の絶縁材料内に、金属粒子などの導電性粒子を磁界により整列するようにして設けたもので、部分的に圧力を加えると、その部分がへこんで導電性粒子がつながり導電経路を形成するもので、圧力を加えた部分以外は絶縁状態が維持される。ここで使用する異方導電加圧ゴム板５１は、Paricon社製で、導電性粒子がゴム板５１に垂直な方向に列状に配列されており、４０ＧＨｚまでの信号を伝達することが可能な高周波特性、１５０度までの耐高温特性、及び狭いパッド間のピッチで電極を形成することが可能な狭ピッチ性を有する。

フレキシブル基板６１は、多層フレキシブル基板であり、一方の面にプローブボード４１のヘッド接続電極と異方導電加圧ゴム板５１を介して接続される複数のボード接触電極が設けられ、他方の面にプローブヘッド７１のスプリングプローブ９１と接触する複数のプローブ接触電極が設けられ、内部に複数のボード接触電極と複数のプローブ接触電極を接続する配線が設けられている。異方導電加圧ゴム板５１を介すことで導通経路が確保されるフレキシブル基板６１とプローブボード４１間における接続電極の位置決めは、フレキシブル基板６１に設けられた穴とプローブボード４１の穴４４を位置決めピン４９で固定する。

図３は、プローブヘッド７１の構成を示す図であり、プローブヘッド７１を組み立てる状態を示しており、図２とは上下が逆の状態である。また、図４は、プローブヘッド７１の１本のスプリングプローブ９１を保持している状態を示し、図５は、１本のスプリングプローブ９１の構造を示す。

まず、図５を参照してスプリングプローブ９１の構造を説明する。図５に示すように、１本のスプリングプローブ９１は、金属製の円筒９４に、摺動可能に保持された２本のプローブ９２、９３が収容されている。プローブ９２、９３は、一方の端の径が大きく、円筒９４に設けられた絞り部により円筒９４から抜けないようになっている。円筒９４の内部のプローブ９２と９３の間には、バネ９７が設けられ、プローブ９２、９３を外側に付勢している。ＩＣチップの半田ボール又は半田バンプに接触するプローブ９２の先端は、４ツ割形状であり、接触しても半田ボール又は半田バンプの頭頂部を傷つけず、半田ボール又は半田バンプの側面に接触するので、先端に半田が接触した場合でも確実に接触が行える。また、先端のクリーニングも容易である。

図３に示すように、プローブヘッド７１は、絶縁材料製のボトムボード７３、中間ボード７４及びトップボード７５を有する。図４に示すように、ボトムボード７３には、スプリングプローブ９１のプローブ９３の径より若干大きな径の穴と、スプリングプローブ９１の円筒９４の径より若干大きな径の穴とが、２段に設けられている。また、中間ボード７４には、スプリングプローブ９１の円筒９４の径より若干大きな径の穴が設けられている。更に、トップボード７５には、スプリングプローブ９１のプローブ９２の径より若干大きな径の穴と、スプリングプローブ９１の円筒９４の径より若干大きな径の穴とが、２段に設けられている。このような穴がスプリングプローブ９１の本数分設けられており、穴は高い位置精度を有する。図４に示すような状態では、スプリングプローブ９１の円筒９４は、ボトムボード７３とトップボード７５により両側が挟まれており、抜け落ちることはない。スプリングプローブ９１を交換する時には、図３のように、ボトムボード７３を下側にして、トップボード７５を取り外す。この状態で、スプリングプローブ９１は穴から容易に抜くことができる。

以上のように、プローブヘッド７１は、位置決めピンなどを合わせるだけで位置決めが可能であり、組み立て及びスプリングプローブ９１の交換が容易に行える。

図３に戻って、ボトムボード７３、中間ボード７４及びトップボード７５は、位置決めピン７６、７８及び９０などにより相互に高い位置決め精度で組み立てられるようになっており、組み立てられた後、ネジ７２及び７８で固定される。なお、参照番号７７は、皿ばね（スプリングワシャ）であり、これについては後述する。プローブヘッド７１については、特許文献２などに詳細が記載されているので、ここではこれ以上の説明は省略する。

更に図２に戻って、異方導電加圧ゴム板５１とフレキシブル基板６１とプローブヘッド７１は、締結部材８１及びプローブボード４１側の締結部材４６により、プローブボード４１に固定される。プローブボード４１側の締結部材４６は、先端にネジを有する位置決めピン４９により位置決めされて、そのネジとナット８４（及び穴４８を通り、ネジ穴８３に締結される図示していないネジ）により締結部材８１と固定され、これによりプローブボード４１、異方導電加圧ゴム板５１、フレキシブル基板６１及びプローブヘッド７１が固定される。固定する際には、フレキシブル基板６１のアライメントマークを光学的に検出して位置決めをした後固定する。更に、締結されたプローブボード４１、異方導電加圧ゴム板５１、フレキシブル基板６１、プローブヘッド７１、締結部材８１及び締結部材４６のブロックは、ネジ８５によりスティフナー４０に固定される。

以上のように、本実施例のプローブカードは、位置決めピンなどを合わせるだけで位置決めが可能であり、組み立てが容易で、メンテナンスも容易である。

なお、上記の実施例では、図５に示したような両方に可動性のプローブを有するスプリングプローブ９１を使用したが、一方のプローブのみが可動性で、他方のプローブが固定であるスプリングプローブを使用することも可能である。

図６は、プローブボード４１と、異方導電加圧ゴム板５１と、フレキシブル基板６１と、プローブヘッド７１の接続部分を説明する図である。プローブボード４１の下面には、複数のヘッド接続電極１０２が設けられている。参照番号１０３は、絶縁層である。フレキシブル基板６１の上面には複数のボード接触電極６２設けられ、下面には複数のプローブ接触電極６６が設けられている。ボード接触電極６２の上面は、絶縁層６３の上面より高くなっている。参照番号６４は、ボード接触電極６２とプローブ接触電極６６を接続する配線層であり、参照番号６３及び６５は絶縁層である。

締結部材８１及び締結部材４６により、異方導電加圧ゴム板５１とフレキシブル基板６１とプローブヘッド７１がプローブボード４１に押し付けられると、ボード接触電極６２の上面が高いため、ボード接触電極６２の部分のみが異方導電加圧ゴム板５１に特に強く押し付けられ、異方導電加圧ゴム板５１のその部分のみに導電経路が構成され、ボード接触電極６２がヘッド接続電極１０２と電気的に接続された状態になる。従って、締結部材８１及び締結部材４６は、フレキシブル基板６１とプローブボード４１を異方導電加圧ゴム板５１を挟んで強く押し付けるように、十分な剛性を有することが要求される。また、図３に示したスプリングワシャ７７は、スプリングプローブ群の回りに複数個所設けられており、プローブヘッド７１がプローブボード４１に固定された状態で、フレキシブル基板６１をプローブボード４１押し付けるように動作する。

以上、本発明の実施例を説明したが、各種の変形例が可能であることはいうまでもない。

本発明は、垂直型のプローブカードであればどのようなものにも適用可能である。例えば、実施例では検査対象をウエハレベルＣＳＰとしたが、ウエハレベルＣＳＰ以外のものを検査するプローバに使用することも可能である。

垂直型プローブカードの従来例の構成を示す図である。 本発明の実施例の垂直型プローブカードのプローブヘッドの取り付け部分の詳細な構成を示す図である。 プローブヘッドの構成を示す図であり、プローブヘッドを組み立てる状態を示す。 プローブヘッドの１本のスプリングプローブを保持している状態を示す図である。 １本のスプリングプローブの構造を示す図である。 プローブボードと、異方導電加圧ゴム板と、フレキシブル基板と、プローブヘッドの接続部分を説明する図である。

符号の説明

４１ プローブボード
５１ 異方導電加圧ゴム板
６１ フレキシブル基板（配線変換部材）
７１ プローブヘッド

Claims (7)

1. 一方の側に複数のテスタ端子接続部を、他方の側に複数のヘッド接続部を、内部に前記複数のテスタ端子接続部と前記複数のヘッド接続部の対応部分を接続する配線を有するプローブボードと、
   複数のスプリングプローブを有するプローブヘッドと、
   一方の側に前記複数のスプリングプローブと接触する複数のプローブ接触部を、他方の側に前記複数のヘッド接続部と接触する複数のボード接触部を、内部に前記複数のプローブ接触部と前記複数のボード接触部の対応部分を接続する配線を有する配線変換部材とを有する垂直型プローブカードであって、
   前記配線変換部材は、フレキシブル基板であることを特徴とする垂直型プローブカード。
2. フレキシブル基板である前記配線変換部材が接着固定される金属製の貼り付け枠を備える請求項１に記載の垂直型プローブカード。
3. 一方の側に複数のテスタ端子接続部を、他方の側に複数のヘッド接続部を、内部に前記複数のテスタ端子接続部と前記複数のヘッド接続部の対応部分を接続する配線を有するプローブボードと、
   複数のスプリングプローブを有するプローブヘッドと、
   一方の側に前記複数のスプリングプローブと接触する複数のプローブ接触部を、他方の側に前記複数のヘッド接続部と接触する複数のボード接触部を、内部に前記複数のプローブ接触部と前記複数のボード接触部の対応部分を接続する配線を有する配線変換部材とを有する垂直型プローブカードであって、
   前記プローブボードと前記配線変換部材の間に設けられた異方導電加圧ゴム板を備え、
   前記複数のヘッド接続部と前記複数のボード接触部は、前記異方導電加圧ゴム板を介して接続されることを特徴とする垂直型プローブカード。
4. 前記プローブボードと前記配線変換部材の間に設けられた異方導電加圧ゴム板を備え、
   前記複数のヘッド接続部と前記複数のボード接触部は、前記異方導電加圧ゴム板を介して接続される請求項１又は２に記載の垂直型プローブカード。
5. 前記複数のヘッド接続部と前記複数のボード接触部が、前記異方導電加圧ゴム板を圧縮するように、前記プローブボードと前記配線変換部材に圧力を印加する圧力印加部材を備える請求項３又は４に記載の垂直型プローブカード。
6. 前記スプリングプローブは、少なくとも一方に可動性のプローブを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の垂直型プローブカード。
7. 前記スプリングプローブの先端は、被検査物の電極に接触する側が４つ割形状である請求項１から６のいずれか１項に記載の垂直型プローブカード。

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