JP2013224913A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 狭ピッチで組み立てられたプローブ組立体と粗ピッチの配線基板ランドとの接続を容易にすること。
【解決手段】 プローブカードにおいて、プローブのｎ番目の接続端子と配線基板の第ｎ層の接続ランドとの第ｎ番接続位置の垂直方向（Ｚ方向）座標と、プローブのｎ＋１番目の接続端子と配線基板の第ｎ＋１層の接続ランドとの第ｎ＋１番接続位置のＺ方向座標が概略等しく、前記接続ランドを含む前記配線基板の接続位置近傍部分が、前記配線基板の基準面（ＸＹ平面）に対し傾斜角度を有して固定され、全ての端子のＺ方向先端位置を一致させる手段を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップの回路検査に使用するプローブカードに関するものである。

半導体回路の検査に用いるプローブカードは、半導体チップ上のパッド数の増加、パッド面積の縮小化、パッドピッチの狭小化に対応すべくプローブ配列の高密度化が要求されていると同時に、狭ピッチプローブ配列部周辺の配線集中に伴う配線基板の高密度配線化を余儀なくされ、配線基板の高コスト化の要因となっている。

狭ピッチで組み立てられたプローブと粗ピッチの配線基板上の接続端子との接続方法については、例えば特開２００３−０７５５０３号公報に示すように、フレキシブルフラットケーブルの一端に形成された配線端子とプローブとを直接接触させて配線基板の高密度配線化を回避する方法が提案されている。

また、例えば特開２００７−２７９００９号公報で開示されているように、プローブ組立体を、銅合金箔が接着された樹脂フィルムを使用し該銅合金箔をエッチング加工して樹脂フィルム上にプローブ及び端子部を含む導電部を形成し、この樹脂フィルム付プローブを複数枚積層したものとし、かつ、端子部は樹脂フィルム付プローブを積層した時にそれぞれの配置位置が粗いピッチでずれる様に各樹脂フィルムに形成している。これにより、プローブ組立体近傍においてもある程度粗いピッチで配線基板に接続することが可能であり、配線基板の層数削減や配線の簡易化に寄与するものである。

さらに、前記樹脂フィルム付プローブの特徴を生かし、図７に示すような特開２０１０−０５４４８７号公報で開示されている構成のように、プローブ組立体において配線基板を複数層形成し、第ｎ層の配線基板の一端に形成されたランド配列群とプローブ組立体の第ｎの列の出力端子群とを接触させる構成としたため、隣接する端子を直接配線基板の別の層に設けたランドと直接接続することが可能であり、さらに配線基板の層数削減や配線の簡易化に寄与するものである。

しかしながら、特開２０１０−０５４４８７号公報で示す発明によれば、複数の端子を配線基板の異なる層に設けたランドと直接接続することになるため、配線基板の層厚分だけ各端子の長さが異なり、端子長の長い端子が座屈等による変形を生じるおそれがあり、接続の安定性が損なわれるという問題が生じてくる。

特開２００３−０７５５０３号公報 特開２００７−２７９００９号公報 特開２０１０−０５４４８７号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、全て同一形状の端子を用いて、狭ピッチで組み立てられたプローブ組立体と粗ピッチのランドを有する配線基板との接続上の問題点を解決することが可能であり、狭ピッチ化された半導体チップの電気的特性検査を容易にし、かつ安価なプローブカードを提供するものである。

本発明は、プローブカードにおいて、プローブのｎ番目の端子と配線基板の第ｎ層のランドとの第ｎ番接続位置の垂直方向（Ｚ方向）座標と、プローブのｎ＋１番目の端子と配線基板の第ｎ＋１層のランドとの第ｎ＋１番接続位置のＺ方向座標が概略等しく、前記ランドを含む前記配線基板の接続位置近傍部分が、前記配線基板の面（ＸＹ平面）に対し傾斜角度を有して固定されている手段を有しているため、全ての端子のＺ方向先端位置を一致させることが可能である。

また、本発明において前記端子はＺ方向にバネ力を生じ、前記ランドに対してバネの反発力にて接触し平面方向（ＸＹ方向）には拘束されていない手段を有するため、配線基板と端子との接続が簡易なものとなる。また、配線基板の各層の一部又は全部をフレキシブルフラットケーブルとすることにより、傾斜固定が容易なものとなる。

さらに、隣接する前記端子のプローブ長手方向（Ｘ方向）の間隔が、前記プローブ組立体を構成した時に概ね０．５ｍｍ以上の粗いピッチとなる複数の異なる形状のプローブが存在する手段を有するため、従来の安価な配線基板を使用することが可能である。

本発明のプローブカードによれば、プローブのｎ番目の端子と配線基板の第ｎ層のランドとの第ｎ番接続位置の垂直方向（Ｚ方向）座標と、プローブのｎ＋１番目の端子と配線基板の第ｎ＋１層のランドとの第ｎ＋１番接続位置のＺ方向座標が概略等しく、前記ランドを含む前記配線基板の接続位置近傍部分が、前記配線基板の面（ＸＹ平面）に対し傾斜角度を有して固定されている手段を用いることにより、全て同一形状の端子を用いて、狭ピッチで組み立てられたプローブ組立体と粗ピッチのランドを有する配線基板との接続上の問題点を解決することが可能であり、狭ピッチ化された半導体チップの電気的特性検査を容易にし、かつ安価なプローブカードを提供するものである。

本発明の実施形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に用いるプローブ組立体の構成として複数のプローブが同一平面（ＸＺ平面）上に配置されている例を示す図である。 本発明の実施形態に用いるプローブ組立体の構成として隣接する前記端子の位置関係を説明する図である。 本発明の実施形態に用いるプローブ組立体の構成として、各々のプローブに設けた端子がＸ方向にＰｘずれて配置され、Ｙ方向にＰｙのピッチで配置した態様を説明する図である。 本発明の実施形態を示す詳細説明図である。 本発明の実施形態を示す詳細説明図である。 従来の実施形態を説明する図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態を示す図で、プローブカードの概略構造を示す斜視図である。図２乃至図４は、プローブとプローブ組立体の構成を示す図であり、図５及び図６は、図１に示されたプローブカードの中央部分に配置されるプローブ組立体と配線基板との固定位置関係を示す詳細図である。

図１に示すプローブカードは、下記の各部分から構成されている。１はプローブ組立体、２はウエハ上に配列された被検査ＬＳＩのパッド、３は配線基板、４は共通配線基板、１０は前記プローブ組立体１を構成するプローブである。プローブ組立体１は、例えばポリイミド等の樹脂フィルム１５の表面に導電性材料を貼り付け、エッチング加工又はレーザ加工等により所望の精密な寸法を有するプローブ１０を作製して成る。よって、プローブ１０は導電性材料からなり、一方が前記ＬＳＩパッド２に接続するプローブ先端部１１となり、中間の導電部１６を介して他方が前記配線基板３のランド３３に接続する端子１４となっている。これら導電部１６、およびこれを介在させたプローブ先端部１１及び端子１４もまた、上記プローブ組立体１の製作時に形成される。

一方、前記配線基板３は、中心部に前記プローブ１０との接続部５があり、支持台５１により所定のＺ方向高さに支持されている。前記ランド３３は前記配線基板３において、配線パターン３２を介して外周方向に延長され、スルーホール３４における半田付け等により前記共通配線基板４に接続される。さらに前記共通基板４における配線パターン４５を介して最外周の共通ランド４２に接続される。前記共通ランド４２に共通ポゴピン４６を接続することにより検査信号が授受される。

図２乃至図４に前記プローブ組立体１の構成の詳細を示す。図２は、本実施形態におけるプローブ１０の構成を説明する図であり、複数のプローブが同一平面（ＸＺ平面）上に配置されている例を示す。なおこの明細書において、「Ｘ」の方向は、例えば図１に示されたプローブ組立体１を構成する樹脂フィルム１５の長手方向（図１において左右方向）を表す。「Ｚ」の方向は、例えば図１に示されたプローブ組立体１を構成する樹脂フィルム１５の短手方向（図１において上下方向）を表す。また、「Ｙ」方向（後出）とは、上記Ｘ方向、Ｚ方向のいずれにも直角の、例えば図１に示された樹脂フィルム１５の面に対して垂直な方向を表す。そして、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向に延びる座標軸を設定することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ三次元直交座標が形成される。図１以外の図においてもＸ，Ｙ，Ｚの各方向は上記図１に対応する方向を指す。

図２において、プローブ１０は銅合金（例えばベリリウム銅）のような導電性かつ機械的強度の高い金属材料又は金属箔で形成され、バネ変形部１２におけるＺ方向バネ力により、前記プローブ先端部１１と前記ＬＳＩパッド２とを接触させることによりＬＳＩとの電気的導通を得ている。一方、前記配線基板３との接続端子である前記端子１４は、同様にバネ変形部１３を有し、配線基板上の前記ランド３３に押し付けることにより電気的導通が得られる構造となっている。これらの前記プローブ先端部１１と前記端子１４とは、導電部１６で接続されている。前記バネ変形部１２又は１３は、図示例のＵ字型、Ｖ字型等に限定せず、平行四辺形型による平行バネ、又はカンチレバー型（片持梁）であってもよい。図２では、同一の前記樹脂フィルム１５に４個のプローブ及び端子の組を配置し、各端子のＸ方向ピッチがＰｘである例を示した。一方、図３及び図４は、１つの前記樹脂フィルム１５に１個のプローブ及び端子の組を設置したものを複数配置し、前記プローブ組立体１を構成したときに前記端子１４のＸ方向ピッチがＰｘとなる構成例を示す。

図３は、前記プローブ組立体１において隣接する前記端子１４の位置関係を説明する図である。図３には複数のプローブ１０として、プローブ１０−１、１０−２，１０−３，１０−４が示されており、各々のプローブに設置した前記端子１４がＸ方向に相対的にＰｘずれて配置されている。さらにこれらの前記プローブ１０−１、１０−２，１０−３，１０−４を、Ｙ方向にＰｙのピッチで配置したものを図４に示す。これにより、Ｘ方向にＰｘのピッチ、及びＹ方向にＰｙのピッチの端子配列を有するプローブ組立体１が形成される。前記プロープ１０−１、１０−２，１０−３，１０−４の各端子が接続する前記ランド３３を各々３３−１、３３−２、３３−３、３３−４とした。

図２又は図４のプローブの組を、さらにＹ方向に周期的に組合せることにより、プローブ組立体１を形成することが可能である。また、前記端子１４のＸ方向ピッチＰｘは、同一であっても、異なるピッチ寸法であってもよい。

図５は、前記接続部５近傍における、図２で説明した複数の前記プローブ１０で構成されたプローブ組立体１と配線基板３との位置関係を示す正面図及び平面図である。本図の例は、前記プローブ１０をＹ方向に４個配列したもので、１６個の端子がそれぞれ配線基板３上の１６個のランド３３に接続するものである。図５の平面図において、前記プローブ先端１１−１乃至１１−４及び前記端子１４−１乃至１４−４の位置を明確にするため黒色にて示した。

図５の正面図に示すように、前記配線基板３は第１層３−１、第２層３−２、第３層３−３及び第４層３−４で構成されている。各々の配線層３−１乃至３−４は、例えばポリイミド上に銅箔パターンをエッチング形成したフレキシブル基板が代表的であり、各々の層が独立したものであっても、熱圧着等により接着されたものであってもよい。

前記配線基板３の基準面であるＸＹ平面に対し、一部がθ１の傾斜角度の傾斜部５４を有する前記支持台５１が、前記共通配線基板４にネジ止め等（図示せず）により固定されている。前記配線基板の配線層３−１乃至３−４が前記支持台５１の側面５３及び傾斜部５４に沿って設置され、前記配線層の一端に設けた前記ランド３３−１乃至３３−４が前記傾斜部５４上で露出するように前記配線層３−１乃至３−４の端面位置を決定する。前記配線層３−１乃至３−４の位置決定がなされた後、固定具５５で前記配線層３−１乃至３−４をネジ止め等（図示せず）で固定する。また、傾斜角度θ１は、前記端子１４−１乃至１４−４先端におけるＸ方向ピッチＰｘ合計と前記配線基板３における厚さ方向距離Ｔ３との関係において予め、ＣＯＳθ１＝Ｔ３／（３×Ｐｘ）となるべく決定することにより、前記ランド３３−１乃至３３−４のＺ方向位置（或いは座標）が概略等しくなるようにすることが可能である。以上より、プローブカード１において、プローブのｎ番目の接続端子と配線基板の第ｎ層の接続ランドとの第ｎ番接続位置の垂直方向（Ｚ方向）座標と、プローブのｎ＋１番目の接続端子と配線基板の第ｎ＋１層の接続ランドとの第ｎ＋１番接続位置のＺ方向座標が概略等しくなるようにすることが可能である。

図６は、前記接続部５近傍における、図（ｃ）で説明した前記プローブ１０−１、１０−２、１０−３、１０−４で構成されたプローブ組立体１と配線基板３との位置関係を示す正面図及び平面図である。本図の例は、前記プローブ１０−１、１０−２，１０−３，１０−４の組を４組周期的に配置したもので、１６個の端子がそれぞれ配線基板３上の１６個のランド３３に接続するものである。図６の平面図において、図５と同様に、前記プローブ先端１１−１乃至１１−４及び前記端子１４−１乃至１４−４の位置を明確にするため黒色にて示した。図６の正面図に示すように、前記配線基板３は第１層３−１、第２層３−２、第３層３−３及び第４層３−４で構成されている。図５の例と異なる所は、前記配線層の一端に設けた前記ランド３３−１乃至３３−４が、前記端子１４−１乃至１４−４先端の位置に合わせてＹ方向にずれている点にある。

本実施例も同様に、前記配線基板３の基準面であるＸＹ平面に対し、一部がθ１の角度の傾斜部５４を有する前記支持台５１が、前記共通配線基板４にネジ止め等（図示せず）により固定されている。前記配線基板の配線層３−１乃至３−４が前記支持台５１の側面５３及び傾斜部５４に沿って設置され、前記配線層の一端に設けた前記ランド３３−１乃至３３−４が前記傾斜部５４上で露出するように前記配線層３−１乃至３−４の端面位置を決定する。前記配線層３−１乃至３−４の位置決定がなされた後、固定具５５で前記配線層３−１乃至３−４をネジ止め等（図示せず）で固定する。また、傾斜角度θ１は、前記端子１４−１乃至１４−４先端におけるＸ方向ピッチＰｘ合計と前記配線基板３における厚さ方向距離Ｔ３との関係において予め、ＣＯＳθ１＝Ｔ３／（３×Ｐｘ）となるべく決定することにより、前記ランド３３−１乃至３３−４のＺ方向位置（或いは座標）が概略等しくなるようにすることが可能である。

以上説明したような構造にすることにより、端子１４先端のＺ方向位置を予め変えることなく、すなわち、端子１４の変形部寸法を変えることなく、端子１４を全ての配線層のランドに直接接触させることが可能となる。

このように、ｎ番目のプローブの端子と第ｎ層のランドとの接続位置のＺ方向座標と、ｎ＋１番目のプローブの端子と第ｎ＋１層のランドとの接続位置のＺ方向座標を概略等しくすることが、本発明における技術的特徴である。

狭ピッチのプローブ組立体と粗ピッチの接続ランドを有する配線基板との接続上の問題点を解決することによって、狭ピッチ化された半導体チップの電気的特性検査を容易にし、かつ安価なプローブカードを提供でき、産業上有用である。

１ プローブ組立体
２ ＬＳＩパッド
３ 配線基板
４ 共通配線基板
５ 接続部
１０ プローブ
１１ プローブ先端
１２、１３ バネ部
１４ 端子
１５ 樹脂フィルム
１６ 導電部
３１ 絶縁フィルム
３２ 配線パターン
３３ ランド
３４ スルーホール
４２ 共通ランド
４５ 導体パターン
４６ 共通ポゴピン
５１ 支持台
５３ 側面
５４ 傾斜部
５５ 固定具

Claims (7)

1. プローブと直結し前記プローブと反対方向に配置した端子を含む前記プローブを複数規則的に配列したプローブ組立体と複数層から構成される配線基板とから成り、
   ｎ番目の前記端子と前記配線基板の第ｎ層の一端に形成された接続ランドとを接続させてプローブと配線基板との導通を行うプローブカードにおいて、
   前記ｎ番目の端子と前記第ｎ層のランドとの第ｎ番接続位置の垂直方向（Ｚ方向）座標と、前記ｎ＋１番目の端子と前記第ｎ＋１層のランドとの第ｎ＋１番接続位置のＺ方向座標が概略等しいことを特徴とするプローブカード。
2. 前記接続ランドを含む前記配線基板の接続位置近傍部分が、前記配線基板の面（ＸＹ平面）に対し傾斜角度を有して固定されていることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
3. 前記端子はＺ方向にバネ力を生じ、前記接続ランドに対してバネの反発力にて接触し平面方向（ＸＹ方向）には拘束されていないことを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
4. 配線基板の各層の一部又は全部がフレキシブルフラットケーブルであることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
5. 配線基板の各層の一部又は全部が多層プリント積層基板であることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
6. 前記プローブ組立体を構成するプローブが、銅合金箔が接着された樹脂フィルムを使用し前記銅合金箔を微細加工して樹脂フィルム上にプローブ及び端子部を含む導電部を形成したものであることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
7. 隣接する前記端子のプローブ長手方向（Ｘ方向）の間隔が、前記プローブ組立体を構成した時に、概ね０．５ｍｍ以上の粗いピッチとなる複数の異なる形状のプローブが存在することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。

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