JP2007101455A

JP2007101455A - プローブカード

Info

Publication number: JP2007101455A
Application number: JP2005294255A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Okayama; 哲也岡山; Kazumichi Machida; 一道町田; Kazuhiro Matsuda; 一宏松田
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】メイン基板及びコンタクト基板がフレキシブル基板を介して電気的に接続されたプローブカードにおいて、フレキシブル基板が検査対象物に干渉するのを防止することを目的とする。
【解決手段】下面に複数のコンタクトプローブ２１が形成されたコンタクト基板２０の上方にメイン基板１０を対向配置する。フレキシブル基板３０をコンタクト基板２０の上面に設けられた背面電極２４に取り付け、コンタクト基板２０を貫通する貫通電極２２を介して、フレキシブル基板３０をコンタクトプローブ２１に接続する。これにより、コンタクト基板２０におけるコンタクトプローブ２１が形成されている面とは異なる面に、フレキシブル基板３０を取り付けることができるので、コンタクト時にフレキシブル基板３０が検査対象物に干渉するのを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードに関するもので、更に詳しくは、半導体ウエハ上に形成されたデバイスなどの検査対象物の電気的特性を検査する際に使用されるプローブカードの改良に関するものである。

プローブカードとは、半導体集積回路の電極パッドにコンタクトプローブ（接触探針）を接触させて、電極パッドの電気信号を取出すための電気的接続手段であって、一般的に、多層配線基板が使用され、この多層配線基板上に、半導体集積回路の電極パッドの数およびピッチに対応して複数のコンタクトプローブが配列され、コンタクトプローブから入った電気信号は多層配線基板を通じて所定間隔に配置された外部端子に導かれるように構成されている。

このプローブカードを使用して半導体ウエハ上のデバイスの電気的特性を検査する場合には、プローブカードをプローブ装置に取付け、プローブカードの外部端子の電気信号をテスター装置に入力することができるように電気的な接続を行った後、コンタクトプローブを半導体ウエハ上の電極パッドに押し付けている。

プローブカードの中には、複数のコンタクトプローブが形成されたコンタクト基板と、このコンタクト基板を保持するメイン基板とを備えているものがある。メイン基板には外部端子が形成されており、この外部端子がテスター装置に対して電気的に接続される。メイン基板及びコンタクト基板は、フレキシブル基板を介して電気的に接続することができる（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来のプローブカード１０１の概略構成の一例を示した断面図であり、上記特許文献１に開示されているプローブカードに対応している。このプローブカード１０１は、メイン基板１１０とコンタクト基板１２０とが、フレキシブル基板１３０を介して電気的に接続されている。例えば、メイン基板１１０は、ガラスエポキシ製の基板からなり、コンタクト基板１２０は、シリコン製の基板からなる。フレキシブル基板１３０は、その一端部がメイン基板１１０の上面の周縁部に取り付けられ、他端部がコンタクト基板１２０の上面の周縁部に取り付けられている。

コンタクト基板１２０は、メイン基板１１０の上方に所定間隔を隔てて支持板１４０により弾性的に支持されており、その上面に複数のコンタクトプローブ１２１が形成されている。検査時には、コンタクトプローブ１２１が下方から検査対象物に接触することにより、プローブカード１０１と検査対象物とが電気的に接続される。

米国特許第６８３８８９３号明細書

しかしながら、上記のような従来のプローブカードでは、コンタクト基板において、コンタクトプローブが形成されている面と同一の面にフレキシブル基板の端部が取り付けられているため、コンタクト時にフレキシブル基板の端部が検査対象物に干渉するおそれがある。

特に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造されるコンタクトプローブの場合、プローブ高さがフレキシブル基板の厚さ以下となるので、上記のようにコンタクトプローブと同一面にフレキシブル基板の端部を取り付けるような構成では、コンタクト時にフレキシブル基板の端部が検査対象物に干渉してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、メイン基板及びコンタクト基板がフレキシブル基板を介して電気的に接続されたプローブカードにおいて、フレキシブル基板が検査対象物に干渉するのを防止することを目的とする。

第１の本発明によるプローブカードは、前面に複数のコンタクトプローブが形成されているコンタクト基板と、上記コンタクト基板の背面に設けられ、上記コンタクトプローブと電気的に接続されている背面電極と、上記コンタクト基板の背面に対向して配置され、配線を有しているメイン基板と、フレキシブル配線を有し、このフレキシブル配線によって上記コンタクト基板の上記背面電極と上記メイン基板の配線とを電気的に接続しているフレキシブル基板とを備えて構成される。

このような構成により、コンタクト基板におけるコンタクトプローブが形成されている面とは異なる面に、フレキシブル基板を取り付けることができるので、コンタクト時にフレキシブル基板が検査対象物に干渉するのを防止することができる。

第２の本発明によるプローブカードにおいて、上記コンタクト基板を貫通する貫通電極によって上記コンタクトプローブと上記背面電極とが電気的に接続されている。

このような構成により、コンタクト基板を貫通する貫通電極を介して、コンタクトプローブとフレキシブル基板とを電気的に接続することができる。

第３の本発明によるプローブカードにおいて、上記コンタクト基板の上記背面電極と上記メイン基板の配線とが複数のフレキシブル基板によって並列に電気的に接続されている。

このような構成により、コンタクト基板におけるコンタクトプローブとの距離が異なる位置に背面電極を互いにずらして配置し、それらの背面電極に対して複数のフレキシブル基板を並列に接続することができる。最近では、半導体集積回路の複雑化に伴い、コンタクトプローブの本数が増加する傾向にあるため、各コンタクトプローブに接続される配線のコンタクト基板上における引き回し、及びこれらの配線に対するフレキシブル基板の取付領域の確保が困難な状況であるが、複数のフレキシブル基板によって並列に接続することにより、フレキシブル基板の取付領域を確保することができる。

また、複数のフレキシブル基板によって並列に接続することにより、各フレキシブル基板におけるフレキシブル配線の数を少なくして、それらのフレキシブル配線間のピッチを大きくとることができる。これにより、フレキシブル基板における各フレキシブル配線を太くすることができるので、配線抵抗を低減することができる。また、フレキシブル配線間のピッチを変更しなければ、フレキシブル基板により多くのフレキシブル配線を配置することができる。

本発明によれば、コンタクト基板におけるコンタクトプローブが形成されている面とは異なる面に、フレキシブル基板を取り付けることができるので、コンタクト時にフレキシブル基板が検査対象物に干渉するのを防止することができる。

また、コンタクト基板におけるコンタクトプローブとの距離が異なる位置に背面電極を互いにずらして配置し、それらの背面電極に対して複数のフレキシブル基板を並列に接続することができるので、フレキシブル基板の取付領域を確保することができる。

また、各フレキシブル基板におけるフレキシブル配線の数を少なくして、それらのフレキシブル配線間のピッチを大きくとることができる。これにより、フレキシブル基板における各フレキシブル配線を太くすることができるので、配線抵抗を低減することができる。また、フレキシブル配線間のピッチを変更しなければ、フレキシブル基板により多くのフレキシブル配線を配置することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるプローブカード１の一例を示した断面図である。図２は、図１のコンタクト基板２０の平面図である。このプローブカード１は、メイン基板１０、コンタクト基板２０及びフレキシブル基板３０を備えている。メイン基板１０及びコンタクト基板２０は、フレキシブル基板３０によって緩やかに係合され、メイン基板１０がプローブ装置によって水平に保持されている状態において、コンタクト基板２０は、メイン基板１０から吊り下げられ、フレキシブル基板３０によって制限される範囲内において、メイン基板１０に対して変位自在かつ揺動自在となる。

メイン基板１０は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられ、コンタクト基板２０及びフレキシブル基板３０を支持する基板である。ここでは、ガラスエポキシ製の基板からなる円形形状の多層配線基板が、メイン基板１０として用いられている。このメイン基板１０の上面の周縁部には多数の外部端子１１が形成されている。これらの外部端子１１は、図示しないテスター装置の信号端子と導通させるための端子であり、メイン基板１０の多層配線を介して、メイン基板１０の下面に形成されているマイクロコネクタ１２の端子にそれぞれ接続されている。

コンタクト基板２０は、その下面に多数のコンタクトプローブ２１が形成され、その上面をメイン基板１０の下面に対向させて配置される基板である。すなわち、本実施の形態において、コンタクト基板２０の下面は、コンタクトプローブ２１が形成される前面であり、コンタクト基板２０の上面は、メイン基板１０に対向して配置される背面である。ここでは、シリコン製の基板からなる矩形形状のシリコン基板が、コンタクト基板２０として用いられている。コンタクトプローブ２１は、電気鋳造法により形成された金属針であり、本実施の形態では、多数のコンタクトプローブ２１が２列に整列配置されている。

コンタクト基板２０におけるコンタクトプローブ２１が形成されている位置よりも外側となる位置には、多数の貫通電極２２が貫通している。具体的には、貫通電極２２は、矩形形状のコンタクト基板２０の各辺に沿って、各辺につき１列ずつ整列配置されている。貫通電極２２は、例えば、エッチング等によりコンタクト基板２０に形成したスルーホール内に、アルミニウム等の導電性の金属材料を充填することにより形成することができる。

コンタクト基板２０の下面には、エッチング等により配線パターン２３が形成されており、この配線パターン２３により、各コンタクトプローブ２１が対応する貫通電極２２と電気的に接続されている。配線パターン２３は、その一端がコンタクトプローブ２１に接続され、他端側に向かうにつれて配線間ピッチを拡大させながらコンタクト基板２０の周縁部へ延びている。

各フレキシブル基板３０は、その一端部がコンタクト基板２０の上面に固定されるとともに、他端部がメイン基板１０の対応するマイクロコネクタ１２に着脱可能に取り付けられる。コンタクト基板２０の上面には、各貫通電極２２に接続された背面電極２４が形成されることにより、矩形形状のコンタクト基板２０の各辺に沿って、フレキシブル基板３０の取付領域が各辺につき１列ずつ整列配置されている。これらの背面電極２４の上面にフレキシブル基板３０の端部における下面がバンプボンディングにより取り付けられることにより、配線パターン２３、貫通電極２２及び背面電極２４を介して、コンタクトプローブ２１とフレキシブル基板３０とが電気的に接続されている。

フレキシブル基板３０は、メイン基板１０及びコンタクト基板２０を電気的に接続する導電線の集合体であり、可撓性を有する薄い絶縁性基板上にフレキシブル配線が形成されている。絶縁性基板としては、ポリイミド、ガラスエポキシ、ＴＬＣＰ（Thermotropic Liquid Crystal Polymer）などを用いることができる。

検査時には、コンタクトプローブ２１が上方から検査対象物に接触することにより、プローブカード１と検査対象物とが電気的に接続される。そして、コンタクト基板２０は、検査対象物によって持ち上げられることにより、オーバードライブ時にフリー状態となり、各コンタクトプローブ２１には実質的にコンタクト基板２０の重量のみが付与される。つまり、コンタクト基板２０の重量がオーバードライブの荷重に相当する。このため、コンタクト基板２０の重量を調整すれば、所定のオーバードライブ荷重を確保することができる。

本実施の形態では、コンタクト基板２０におけるコンタクトプローブ２１が形成されている面とは異なる面に、フレキシブル基板３０を取り付けることができるので、コンタクト時にフレキシブル基板３０が検査対象物に干渉するのを防止することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、フレキシブル基板３０の取付領域としての背面電極２４が、コンタクト基板２０の上面の周縁部にのみ形成されているような構成について説明したが、実施の形態２では、背面電極２４が、コンタクト基板２０における上面の周縁部に加えて、上面の更に内側にも形成されており、それらの背面電極２４とメイン基板１０の配線とがフレキシブル基板３０によって並列に電気的に接続されている。

図３（ａ）は、本発明の実施の形態２によるプローブカード１の一例を示した断面図である。このプローブカード１は、実施の形態１と同様に、メイン基板１０、コンタクト基板２０及びフレキシブル基板３０を備えており、メイン基板１０及びコンタクト基板２０は、フレキシブル基板３０によって緩やかに係合されている。

本実施の形態のプローブカード１は、矩形形状のコンタクト基板２０の各辺に沿って、各辺につき２列ずつ貫通電極２２及び背面電極２４が整列配置されるとともに、各列の背面電極２４に対応付けてメイン基板１０の下面にマイクロコネクタ１２の端子が形成され、各列の背面電極２４と対応するマイクロコネクタ１２とが異なるフレキシブル基板３０により接続されている点を除いては、実施の形態１のプローブカード１と同様の構成を有しているので、その同様の構成についての詳細な説明は省略することとする。

コンタクト基板２０の各辺に沿って整列配置された２列の貫通電極２２は、コンタクトプローブ２１に対して同じ側において互いに平行に整列配置され、コンタクトプローブ２１との距離が列ごとに異なっている。各コンタクトプローブ２１には、コンタクト基板２０の下面に形成されている配線パターン２３により、各列の貫通電極２２が並列に電気的に接続されている。コンタクト基板２０の上面には、各貫通電極２２に接続された背面電極２４が形成されることにより、矩形形状のコンタクト基板２０の各辺に沿って、フレキシブル基板３０の取付領域が各辺につき２列ずつ整列配置されている。

各フレキシブル基板３０は、その一端部の下面がコンタクト基板２０の背面電極２４の上面にバンプボンディングにより取り付けられるとともに、他端部がメイン基板１０の対応するマイクロコネクタ１２に着脱可能に取り付けられる。これにより、コンタクト基板２０の各辺につき２つのフレキシブル基板３０が、上下に所定間隔を隔てて対向配置される。メイン基板１０の上面の周縁部には多数の外部端子１１が形成されており、各マイクロコネクタ１２は、メイン基板１０の多層配線を介して、対応する外部端子１１にそれぞれ接続されている。

また、コンタクト基板２０におけるコンタクトプローブ２１との距離が異なる位置に背面電極２４を互いにずらして配置し、それらの背面電極２４に対して２つのフレキシブル基板３０を並列に接続することができる。最近では、半導体集積回路の複雑化に伴い、コンタクトプローブ２１の本数が増加する傾向にあるため、各コンタクトプローブ２１に接続される配線のコンタクト基板２０上における引き回し、及びこれらの配線に対するフレキシブル基板３０の取付領域の確保が困難な状況であるが、２つのフレキシブル基板３０によって並列に接続することにより、フレキシブル基板３０の取付領域を確保することができる。

また、２つのフレキシブル基板３０によって並列に接続することにより、各フレキシブル基板３０におけるフレキシブル配線の数を少なくして、それらのフレキシブル配線間のピッチを大きくとることができる。これにより、フレキシブル基板３０における各フレキシブル配線を太くすることができるので、配線抵抗を低減することができる。また、フレキシブル配線間のピッチを変更しなければ、フレキシブル基板３０により多くのフレキシブル配線を配置することができる。

また、コンタクト基板２０の各辺に接続された２つのフレキシブル基板３０間に誘電率の低い空気を介在させることができるので、これらのフレキシブル基板３０のフレキシブル配線間に生じる寄生容量を低減させることができる。これにより、高周波の信号をフレキシブル基板３０で伝送する場合であっても、フレキシブル基板３０におけるフレキシブル配線間で信号の干渉が生じにくく、信号を良好に伝送することができる。

上記実施の形態２では、コンタクト基板２０の各辺に２つのフレキシブル基板３０が接続されている構成について説明したが、各辺に３以上のフレキシブル基板３０が接続されているような構成であってもよい。この場合、コンタクト基板２０の各辺に沿って、各辺につき３列以上の貫通電極２２が整列配置され、各列の貫通電極２２に異なるフレキシブル基板３０が接続されていてもよい。

実施の形態３．
実施の形態１では、フレキシブル基板３０の取付領域としての背面電極２４が、コンタクト基板２０の上面の周縁部にのみ形成されているような構成について説明したが、実施の形態３では、実施の形態２と同様に、背面電極２４が、コンタクト基板２０における上面の周縁部に加えて、上面の更に内側にも形成されており、それらの背面電極２４とメイン基板１０の配線とがフレキシブル基板３０によって並列に電気的に接続されている。

図３（ｂ）は、本発明の実施の形態３によるプローブカード１の一例を示した断面図である。このプローブカード１は、実施の形態１と同様に、メイン基板１０、コンタクト基板２０及びフレキシブル基板３０を備えており、メイン基板１０及びコンタクト基板２０は、フレキシブル基板３０によって緩やかに係合されている。

本実施の形態のプローブカード１は、矩形形状のコンタクト基板２０の各辺に沿って、各辺につき２列ずつ貫通電極２２及び背面電極２４が整列配置されるとともに、各フレキシブル基板３０のコンタクト基板２０側の端部が２つの分岐端３１に分岐しており、各列の背面電極２４に異なる分岐端３１が接続されている点を除いては、実施の形態１のプローブカード１と同様の構成を有しているので、その同様の構成についての詳細な説明は省略することとする。

各フレキシブル基板３０は、その２つの分岐端３１の下面がコンタクト基板２０の一辺に沿って２列に配置された背面電極２４の上面にそれぞれバンプボンディングにより取り付けられるとともに、分岐端３１と反対側の端部がメイン基板１０の対応するマイクロコネクタ１２に着脱可能に取り付けられる。これにより、コンタクト基板２０の各辺につき２つの分岐端３１が、上下に所定間隔を隔てて対向配置される。メイン基板１０の上面の周縁部には多数の外部端子１１が形成されており、各マイクロコネクタ１２は、メイン基板１０の多層配線を介して、対応する外部端子１１にそれぞれ接続されている。

また、コンタクト基板２０におけるコンタクトプローブ２１との距離が異なる位置に背面電極２４を互いにずらして配置し、それらの背面電極２４に対して２つの分岐端３１を並列に接続することができるので、フレキシブル基板３０の各分岐端３１の取付領域を確保することができる。

また、２つの分岐端３１によって並列に接続することにより、各分岐端３１におけるフレキシブル配線の数を少なくして、それらのフレキシブル配線間のピッチを大きくとることができる。これにより、フレキシブル基板３０における各フレキシブル配線を太くすることができるので、配線抵抗を低減することができる。また、フレキシブル配線間のピッチを変更しなければ、フレキシブル基板３０により多くのフレキシブル配線を配置することができる。

また、各フレキシブル基板３０の分岐端３１間に誘電率の低い空気を介在させることができるので、これらの分岐端３１のフレキシブル配線間に生じる寄生容量を低減させることができる。これにより、高周波の信号をフレキシブル基板３０で伝送する場合であっても、フレキシブル基板３０におけるフレキシブル配線間で信号の干渉が生じにくく、信号を良好に伝送することができる。

上記実施の形態３では、フレキシブル基板３０のコンタクト基板２０側の端部が２つの分岐端３１に分岐している構成について説明したが、３以上の分岐端３１に分岐しているような構成であってもよい。この場合、コンタクト基板２０の各辺に沿って、各辺につき３列以上の貫通電極２２が整列配置され、各列の貫通電極２２に異なる分岐端３１が接続されていてもよい。

実施の形態２におけるコンタクト基板２０の各辺に対応する２以上のフレキシブル基板３０間、又は、実施の形態３における各フレキシブル基板３０の２以上の分岐端３１間にスペーサを配置して、フレキシブル基板３０間又は分岐端３１間の距離が一定になるような構成とすれば、フレキシブル基板３０間又は分岐端３１間の誘電率が変化するのを防止できるので、寄生容量のばらつきを防止でき、信号を更に良好に伝送することができる。この場合、スペーサは、メッシュ状又はスポンジ状の絶縁材料により形成されていることが好ましい。

また、実施の形態１〜３においては、コンタクト基板２０の下面にコンタクトプローブ２１が形成され、コンタクト基板２０の上面に対向してメイン基板１０が配置されるような構成について説明したが、このような構成に限らず、コンタクト基板２０の上面にコンタクトプローブ２１が形成され、コンタクト基板２０の下面に対向してメイン基板１０が配置されるような構成であってもよい。この場合、コンタクト基板２０は、メイン基板１０の上方に所定間隔を隔てて弾性的に支持されたような構成であってもよい。

本発明の実施の形態１によるプローブカードの一例を示した断面図である。図１のコンタクト基板の平面図である。プローブカードの他の構成例を示した断面図であり、（ａ）は、本発明の実施の形態２によるプローブカードの一例を示した断面図、（ｂ）は、本発明の実施の形態３によるプローブカードの一例を示した断面図を示している。従来のプローブカードの概略構成の一例を示した断面図である。

符号の説明

１プローブカード
１０メイン基板
１１外部端子
１２マイクロコネクタ
２０コンタクト基板
２１コンタクトプローブ
２２貫通電極
２３配線パターン
２４背面電極
３０フレキシブル基板
３１分岐端

Claims

前面に複数のコンタクトプローブが形成されているコンタクト基板と、
上記コンタクト基板の背面に設けられ、上記コンタクトプローブと電気的に接続されている背面電極と、
上記コンタクト基板の背面に対向して配置され、配線を有しているメイン基板と、
フレキシブル配線を有し、このフレキシブル配線によって上記コンタクト基板の上記背面電極と上記メイン基板の配線とを電気的に接続しているフレキシブル基板とを備えたことを特徴とするプローブカード。
上記コンタクト基板を貫通する貫通電極によって上記コンタクトプローブと上記背面電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
上記コンタクト基板の上記背面電極と上記メイン基板の配線とが複数のフレキシブル基板によって並列に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。