JP2015001448A - プローブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、電極パッドの大きさに合わせてコンタクト痕の大きさを調整できるプローブ装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板12と、該基板に固定された第1コンタクトプローブ14と、該基板に固定された第2コンタクトプローブ18と、該基板に固定され、該第1コンタクトプローブと電気的に接続された第1信号線16と、該基板に固定され、該第1信号線と絶縁されつつ、該第2コンタクトプローブと電気的に接続された第2信号線20と、を備え、該基板から該第1コンタクトプローブの先端までの最短距離は、該基板から該第2コンタクトプローブの先端までの最短距離より長い。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置の電気的特性を測定するプローブ装置に関する。
特許文献1には、プローブボード(基板)に複数のコンタクトプローブを固定したプローブ装置が開示されている。コンタクトプローブを半導体装置の電極パッドに押圧し、半導体装置の電気的特性を測定する。
特開平07−306228号公報 特開2010−122092号公報
大面積の電極パッドと小面積の電極パッドを備える半導体装置がある。小面積の電極パッドを十分小さくするためには、小面積の電極パッドにコンタクトプローブをあてて形成されるコンタクト痕が、大面積の電極パッドにコンタクトプローブをあてて形成されるコンタクト痕より小さくなることが好ましい。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電極パッドの大きさに合わせてコンタクト痕の大きさを調整できるプローブ装置を提供することを目的とする。
本願の発明に係るプローブ装置は、基板と、該基板に固定された第1コンタクトプローブと、該基板に固定された第2コンタクトプローブと、該基板に固定され、該第1コンタクトプローブと電気的に接続された第1信号線と、該基板に固定され、該第1信号線と絶縁されつつ、該第2コンタクトプローブと電気的に接続された第2信号線と、を備え、該基板から該第1コンタクトプローブの先端までの最短距離は、該基板から該第2コンタクトプローブの先端までの最短距離より長いことを特徴とする。
本願の発明に係る他のプローブ装置は、基板と、該基板に固定された第1コンタクトプローブと、該基板に固定された第2コンタクトプローブと、該基板に固定され、該第1コンタクトプローブと電気的に接続された第1信号線と、該基板に固定され、該第1信号線と絶縁されつつ、該第2コンタクトプローブと電気的に接続された第2信号線と、を備え、該基板に対する該第1コンタクトプローブの角度と、該基板に対する該第2コンタクトプローブの角度は異なることを特徴とする。
本発明によれば、電極パッドの大きさに合わせてコンタクト痕の大きさを調整できる。
本発明の実施の形態1に係るプローブ装置の正面図である。 プローブ装置を含む試験装置の斜視図である。 コンタクト痕が形成された電極パッドの平面図である。 本発明の実施の形態2に係るプローブ装置の正面図である。 本発明の実施の形態3に係るプローブ装置の平面図である。 コンタクト痕が形成された電極パッドの平面図である。 本発明の実施の形態4に係るプローブ装置の正面図である。 変形例に係るプローブ装置の正面図である。 本発明の実施の形態4に係る基板の平面図である。 変形例に係る基板の平面図である。 本発明の実施の形態5に係るソケットの正面図である。 本発明の実施の形態6に係るソケットの正面図である。 本発明の実施の形態6に係る基板の斜視図である。 本発明の実施の形態6に係るソケットの斜視図である。
本発明の実施の形態に係るプローブ装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るプローブ装置の正面図である。プローブ装置10は絶縁体で形成された基板12を備えている。基板12は上面12aと下面12bを備えている。基板12には第1コンタクトプローブ14が固定されている。第1コンタクトプローブ14は接続部14aを備えている。接続部14aは、基板12の上面12aに固定された第1信号線16と電気的に接続されている。
第1コンタクトプローブ14は、接続部14aに接続された設置部14bを備えている。設置部14bは例えば接着剤により基板12に固定されている。設置部14bにはたわみ部14cが接続されている。たわみ部14cは第1コンタクトプローブ14の大部分を占める部分である。このたわみ部14cは外部から力を受けるとたわむ。たわみ部14cには先端部14dが接続されている。先端部14dは先端14eを含む部分を指す。先端部14dは絞り加工が施されて針状の形状となっている。第1コンタクトプローブ14は全体が導電体で形成されている。
基板12には第2コンタクトプローブ18が固定されている。第2コンタクトプローブ18は、接続部18a、設置部18b、たわみ部18c、先端部18d、及び先端18eを備えている。これらの各要素の意義は、第1コンタクトプローブ14の接続部14a、設置部14b、たわみ部14c、先端部14d、及び先端14eと同様である。第2コンタクトプローブ18は全体が導電体で形成されている。
接続部18aは、基板12の上面12aに固定された第2信号線20と電気的に接続されている。第2信号線20は第1信号線16と絶縁されている。第1信号線16と第2信号線20は外部の計測装置と電気的に接続される。なお、第1信号線16と第1コンタクトプローブ14の接続、及び第2信号線20と第2コンタクトプローブ18の接続には例えば電線又は半田を利用することができるが、これらに限定されない。
第1コンタクトプローブ14と第2コンタクトプローブ18はカンチレバー式のコンタクトプローブである。図1の破線で示すように、基板12から第1コンタクトプローブ14の先端14eまでの最短距離Z1(以後、第1最短距離Z1と称する)は、基板12から第2コンタクトプローブ18の先端18eまでの最短距離Z2(以後、第2最短距離Z2と称する)より長くなっている。
第1コンタクトプローブ14と第2コンタクトプローブ18は、例えばタングステン又はベリリウム銅などの金属材料により作製できるが、これらに限定されない。なお、先端14e、18eを含む先端部14d、18dを例えば金、パラジウム、タンタル、又はプラチナで被覆して導電性と耐久性を高めてもよい。
図2は、プローブ装置を含む試験装置の斜視図である。試験装置は前述の基板12を任意方向に移動するためのアーム30を備えている。試験装置は更に、チャックステージ32を備えている。チャックステージ32は、半導体装置34を例えば真空吸着又は静電吸着により保持するものである。半導体装置34は例えば複数の半導体チップが形成されたウエハである。なお、アーム30でプローブ装置を移動させずに、チャックステージ32を移動する機構を採用してもよい。
図3は、半導体装置の電気的特性の測定後に半導体装置34の電極パッドに形成されたコンタクト痕を示す平面図である。半導体装置34には第1電極パッド50と第2電極パッド52が形成されている。プローブ装置10を半導体装置34に近づけると、まず、第1コンタクトプローブ14の先端14eが第1電極パッド50に機械的に接触しコンタクト痕54aが形成される。プローブ装置10をさらに半導体装置34に近づけると、第2コンタクトプローブ18の先端18eが第2電極パッド52に機械的に接触しコンタクト痕56aが形成される。
プローブ装置10をさらに半導体装置34に近づけると、第1コンタクトプローブ14のたわみ部14cがたわんでコンタクト痕54aの右側にコンタクト痕が伸びていく。最終的にコンタクト痕54aの右側にコンタクト痕54bが形成される。同時に、第2コンタクトプローブ18のたわみ部18cがたわんでコンタクト痕56aの左側にコンタクト痕が伸びていく。最終的にコンタクト痕56aの左側にコンタクト痕56bが形成される。このように、たわみ部14c、18cがたわむことで、第1コンタクトプローブ14と第1電極パッド50の接続、及び第2コンタクトプローブ18と第2電極パッド52の接続を確実なものとする。
コンタクト痕54aの中心からコンタクト痕54bの中心までの距離x1は、コンタクト痕56aの中心からコンタクト痕56bの中心までの距離x2より長くなっている。第1コンタクトプローブ14によるコンタクト痕の幅x3は、第2コンタクトプローブ18によるコンタクト痕の幅x4より長くなっている。また、第1コンタクトプローブ14によるコンタクト痕54の面積は、第2コンタクトプローブ18によるコンタクト痕56の面積より大きくなっている。コンタクト痕54の面積がコンタクト痕56の面積より大きくなるのは、第1最短距離Z1が第2最短距離Z2より長いためである。
このように、本発明の実施の形態1に係るプローブ装置によれば、第1最短距離Z1と第2最短距離Z2を調整することで、電極パッドに対し、面積の異なる複数のコンタクト痕を形成できる。従って、電極パッドのサイズを所望の大きさにして、その電極パッド内に収まるようにコンタクト痕を形成することができる。
例えば、測定対象の半導体装置がパワー半導体である場合、数百アンペア程度の大電流を流す大面積電極パッドと、ゲート電極に相当する小面積電極パッドが混在する。この場合、大面積電極パッドには複数本のコンタクトプローブを接触させ、小面積電極パッドには1本のコンタクトプローブを接触させるのが一般的である。そして、本発明の実施の形態1に係るプローブ装置を用いれば、大面積電極パッドに第1コンタクトプローブ14を当てて大きなコンタクト痕を形成しつつ、小面積電極パッドに第2コンタクトプローブ18を当てて小さなコンタクト痕を形成することができる。よって、小面積電極パッドを十分に小さい面積で形成しつつ、小面積電極パッド内に収まるようにコンタクト痕を形成できる。小面積電極パッドの面積を小さくすることで、チップサイズの縮小、及び半導体装置の低コスト化ができる。
第1コンタクトプローブ14と第2コンタクトプローブ18の形状は特に限定されない。例えば、先端部14d、18dがたわみ部14c、18cに対して傾斜した形状ではなく、多段式クランク形状を採用してもよい。また、基板12に固定されるコンタクトプローブの数は2本以上であれば特に限定されない。なお、これらの変形は以下の実施の形態に係るプローブ装置にも応用できる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るプローブ装置は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図4は、本発明の実施の形態2に係るプローブ装置の正面図である。第1コンタクトプローブ60は、接続部60a、設置部60b、たわみ部60c、先端部60d、及び先端60eを備えている。第1コンタクトプローブ60の長さはL1である。第2コンタクトプローブ62は、接続部62a、設置部62b、たわみ部62c、先端部62d、及び先端62eを備えている。第2コンタクトプローブ62の長さは、前述のL1より短いL2である。
基板12に対する第1コンタクトプローブ60の角度θ1は、基板12に対する第2コンタクトプローブ62の角度θ2と異なる。具体的には、角度θ1は角度θ2より小さい。第1最短距離Z1と第2最短距離Z2は等しい。
本発明の実施の形態2に係るプローブ装置を用いた場合、前述の図3と同じコンタクト痕が形成される。つまり、第1コンタクトプローブ60によってコンタクト痕54が形成され、第2コンタクトプローブ62によってコンタクト痕56が形成される。コンタクト痕の長さ及び面積に差がでるのは、角度θ1が角度θ2より小さいことによりたわみ部60cのたわみ量がたわみ部62cのたわみ量より大きくなるためである。
たわみ部60cのたわみ量とたわみ部62cのたわみ量の差を調整するために、たわみ部の太さ、硬さ、又は材料を変更しても良い。本発明の実施の形態2では第1最短距離Z1と第2最短距離Z2を同じ値としたが、第1最短距離Z1を第2最短距離より長くして、コンタクト痕の面積差を大きくしても良い。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るプローブ装置は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図5は、本発明の実施の形態3に係るプローブ装置の平面図である。第1コンタクトプローブ14と第2コンタクトプローブ18の基板12の下面側の部分は破線で示す。また信号線は省略した。
平面視で、第1コンタクトプローブ14は第2コンタクトプローブ18と非平行となっている。図6は、本発明の実施の形態3に係るプローブ装置を用いた後に、電極パッドに形成されたコンタクト痕を示す半導体装置の平面図である。半導体装置34には第1電極パッド70と第2電極パッド72が形成されている。第1電極パッド70には第1コンタクトプローブ14でコンタクト痕74が形成されている。第2電極パッド72には第2コンタクトプローブ18でコンタクト痕76が形成されている。
コンタクト痕76から分かるように、第2コンタクトプローブ18のすべり方向はx成分とy成分を有している。そのため、コンタクト痕76のx方向の長さ(x2、x4)は、コンタクト痕74のx方向の長さ(x1、x3)と比べて非常に短くなっている。従って電極パッド72はx方向に短く形成することができる。
このように、第1コンタクトプローブ14と第2コンタクトプローブ18を非平行に配置すると、電極パッドの形状の自由度を高めることができる。なお、実施の形態2に係る第1コンタクトプローブ60と第2コンタクトプローブ62を平面視で非平行に配置してもよい。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係るプローブ装置は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図7は、本発明の実施の形態4に係るプローブ装置の正面図である。本発明の実施の形態4に係るプローブ装置は、基板12に固定されたソケット100を備えたことを特徴とする。
ソケット100は、例えば銅、又はアルミニウムなどの金属で形成されている。ソケット100と基板12は接着剤で接着しても良いし、基板12に形成した貫通孔にソケット100を貫通させてもよいが、ソケット100を基板12に固定する方法は特に限定されない。ソケット100の接続部100aが第2信号線20に接触している。
ソケット100は、基板12に対して傾斜させて設置されている。ソケット100は、第2コンタクトプローブ18の設置部18bと接続されている。第2コンタクトプローブ18は、特に限定されないが、ネジ止め、ピン止め、又は嵌め合いによってソケット100に固定されている。第2コンタクトプローブ18は、ソケット100を介して第2信号線20に接続され、かつソケット100に着脱自在に固定されている。
第2コンタクトプローブ18は着脱自在にソケット100に固定されているので、破損した第2コンタクトプローブ18を交換できる。また、第2コンタクトプローブ18のソケット100に対する挿入深さを調整することで、容易に第2最短距離Z2を調整できる。
図8は、本発明の実施の形態4に係るプローブ装置の変形例を示す正面図である。ソケット110は基板12に対して垂直に設置されている。そして、ソケットにはクランク型の第2コンタクトプローブ104が挿入されている。第1コンタクトプローブ102もクランク型のコンタクトプローブで形成されている。
図9は、本発明の実施の形態4に係る基板の変形例を示す平面図である。基板12は複数の貫通孔12cを有している。そして前述のソケット100又はソケット110は、複数の貫通孔12cのいずれか1つを貫通し基板12に固定されている。ソケット100又はソケット110が貫通する貫通孔を変えることで、様々な電極パッドの配置に対応できる。
図10は、本発明の実施の形態4に係る基板の変形例を示す平面図である。複数の貫通孔12dは、平面視で貫通孔間の隙間がないように並べられ1つの貫通孔を形成している。ある貫通孔とその貫通孔の隣の貫通孔との距離が非常に近いので、ソケットの位置の微調整ができる。
なお、本発明の実施の形態4では、第2コンタクトプローブをソケットに固定したが、第1コンタクトプローブをソケットに固定して第1最短距離Z1を調整しても良い。
実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係るプローブ装置は、実施の形態4との共通点が多いので実施の形態4との相違点を中心に説明する。図11は、本発明の実施の形態5に係るソケットの正面図である。
基板12は、破線で示す貫通孔12eを有している。ソケット200は、この貫通孔12eを通して基板12を貫通している。ソケット200の上端200aは基板12の上面12a側にある。ソケット200の下端200bは基板12の下面12b側にある。
ソケット200は側面に複数の溝200cを有している。複数の溝200cは、環状に形成された溝がソケット200の長手方向に連なるものである。複数の溝200cの1つには第1リング202が巻きつけられている。複数の溝200cの、第1リング202が巻きつけられた溝とは異なる溝に第2リング204が巻きつけられている。第1リング202と第2リング204は例えばゴムなどの弾力のある樹脂材料で形成されている。
第1リング202と第2リング204で基板12を挟むことで、ソケット200が基板12に固定されている。そして、ソケット200の下端200b側から第2コンタクトプローブ18が挿入されている。
本発明の実施の形態5に係るプローブ装置によれば、第1リング202と第2リング204の巻きつけ位置を変更することで、第2最短距離Z2を調整できる。なお、ソケット200を図9の複数の貫通孔12c又は図10の複数の貫通孔12dのいずれかを通して基板12を貫通させつつ、第1リング202と第2リング204で基板12を挟むことで、ソケット200を図9の基板12又は図10の基板12に固定してもよい。
実施の形態6.
本発明の実施の形態6に係るプローブ装置は、実施の形態4との共通点が多いので実施の形態4との相違点を中心に説明する。図12は、本発明の実施の形態6に係るソケットの正面図である。
基板12は破線で示す貫通孔12eを有している。ソケット300は、この貫通孔12eを通して基板12を貫通している。ソケット300の上端300aは基板12の上面12a側にある。ソケット300の下端300bは基板12の下面12b側にある。ソケット300は側面300cに複数の凸部を有している。複数の凸部は凸部300d、300e、300f、300gを備えている。
そして、凸部300d、300e、300f、300gが基板12に接することで、ソケット300が基板12に固定されている。具体的には、凸部300d、300eと凸部300f、300gの間隔を基板12の厚みに合わせて、凸部300d、300e、300f、300gで基板12を挟むことで、ソケット300を基板12に固定する。
図13は基板12の斜視図である。貫通孔12eの一部には凸状の切り欠き12f、12gが形成されている。図14は、ソケット300の斜視図である。ソケット300は基板12の貫通孔12eを貫通できる太さで形成されている。ソケットの凸部が切り欠き12f、12gを通過するようにしてソケット300を基板12に貫通させ、所望の位置で、ソケット300又は基板12を回転させることで、図12に示されるようにソケット300を基板12に固定する。
ソケット300の凸部はソケット300の長手方向に複数設けられているので、基板12を挟む凸部を選択することで第2最短距離Z2を調整できる。なお、ソケット300を図9の複数の貫通孔12c又は図10の複数の貫通孔12dのいずれかを通して基板12を貫通させつつ、凸部を基板12に接触させることで、ソケット300を図9の基板12又は図10の基板12に固定してもよい。
なお、本発明の実施の形態5、6では、第2コンタクトプローブ18をソケット300に固定したが、第1コンタクトプローブ14をソケット300に固定して第1最短距離Z1を調整しても良い。
ここまでに説明した各実施の形態の特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。また、本発明は、最適化された電極パッドの大きさに合わせてコンタクト痕の大きさを調整するものである。この特徴を逸脱しない範囲において様々な変形をなしうる。
10 プローブ装置、 12 基板、 12a 上面、 12b 下面、 12c,12d 複数の貫通孔、 12e 貫通孔、 14 第1コンタクトプローブ、 16 第1信号線、 18 第2コンタクトプローブ、 20 第2信号線、 32 チャックステージ、 34 半導体装置、 50 第1電極パッド、 52 第2電極パッド、 54,56 コンタクト痕、 60 第1コンタクトプローブ、 62 第2コンタクトプローブ、 100,110,200,300 ソケット、 102 第1コンタクトプローブ、 104 第2コンタクトプローブ、 202 第1リング、 204 第2リング

Claims (13)

  1. 基板と、
    前記基板に固定された第1コンタクトプローブと、
    前記基板に固定された第2コンタクトプローブと、
    前記基板に固定され、前記第1コンタクトプローブと電気的に接続された第1信号線と、
    前記基板に固定され、前記第1信号線と絶縁されつつ、前記第2コンタクトプローブと電気的に接続された第2信号線と、を備え、
    前記基板から前記第1コンタクトプローブの先端までの最短距離は、前記基板から前記第2コンタクトプローブの先端までの最短距離より長いことを特徴とするプローブ装置。
  2. 基板と、
    前記基板に固定された第1コンタクトプローブと、
    前記基板に固定された第2コンタクトプローブと、
    前記基板に固定され、前記第1コンタクトプローブと電気的に接続された第1信号線と、
    前記基板に固定され、前記第1信号線と絶縁されつつ、前記第2コンタクトプローブと電気的に接続された第2信号線と、を備え、
    前記基板に対する前記第1コンタクトプローブの角度と、前記基板に対する前記第2コンタクトプローブの角度は異なることを特徴とするプローブ装置。
  3. 前記基板から前記第1コンタクトプローブの先端までの最短距離は、前記基板から前記第2コンタクトプローブの先端までの最短距離より長いことを特徴とする請求項2に記載のプローブ装置。
  4. 平面視で、前記第1コンタクトプローブと前記第2コンタクトプローブは非平行に配置されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプローブ装置。
  5. 前記基板に固定されたソケットを備え、
    前記第1コンタクトプローブ又は前記第2コンタクトプローブは前記ソケットに固定されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプローブ装置。
  6. 前記ソケットは前記基板に対して傾斜させて設置したことを特徴とする請求項5に記載のプローブ装置。
  7. 前記ソケットは前記基板に対して垂直に設置されたことを特徴とする請求項5に記載のプローブ装置。
  8. 前記基板は複数の貫通孔を有し、
    前記ソケットは、前記複数の貫通孔のいずれか1つを貫通したことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のプローブ装置。
  9. 前記複数の貫通孔は、平面視で貫通孔間の隙間がないように並べられ、1つの貫通孔を形成していることを特徴とする請求項8に記載のプローブ装置。
  10. 前記基板は貫通孔を有し、
    前記ソケットは側面に複数の溝を有し、
    前記複数の溝の1つに巻きつけられた第1リングと、
    前記複数の溝の、前記第1リングが巻きつけられた溝とは異なる溝に巻きつけられた第2リングとを備え、
    前記ソケットが前記貫通孔を通して前記基板を貫通しつつ、前記第1リングと前記第2リングで前記基板を挟むことで、前記ソケットが前記基板に固定されたことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のプローブ装置。
  11. 前記ソケットは側面に複数の溝を有し、
    前記複数の溝の1つに巻きつけられた第1リングと、
    前記複数の溝の、前記第1リングが巻きつけられた溝とは異なる溝に巻きつけられた第2リングとを備え、
    前記ソケットが前記複数の貫通孔のいずれかを通して前記基板を貫通しつつ、前記第1リングと前記第2リングで前記基板を挟むことで、前記ソケットが前記基板に固定されたことを特徴とする請求項8又は9に記載のプローブ装置。
  12. 前記基板は貫通孔を有し、
    前記ソケットは側面に複数の凸部を有し、
    前記ソケットが前記貫通孔を通して前記基板を貫通しつつ、前記複数の凸部が前記基板に接することで、前記ソケットが前記基板に固定されたことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のプローブ装置。
  13. 前記ソケットは側面に複数の凸部を有し、
    前記ソケットが前記複数の貫通孔のいずれかを通して前記基板を貫通しつつ、前記複数の凸部が前記基板に接することで、前記ソケットが前記基板に固定されたことを特徴とする請求項8又は9に記載のプローブ装置。
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