JP2019144112A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブを保持するプローブヘッドのガイド穴の破損を抑制できる電気的接続装置を提供する。【解決手段】軸方向に伸縮自在に構成された本体パート１１、及び、一方の端部が被検査体４に対向し、他方の端部が本体パート１１の先端に接触する先端パート１２を有する複数のプローブ１０と、プローブ１０の本体パート１１がそれぞれ貫通するガイド穴を有する本体ガイド２１、及び、プローブ１０の先端パート１２がそれぞれ貫通するガイド穴を有する先端ガイド２２を有し、プローブ１０を保持するプローブヘッド２０とを備え、複数のプローブ１０の少なくとも一部について、互いに隣接するプローブ１０の先端パート１２の間隔が本体パート１１の間隔よりも狭く設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置に関する。

集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で測定するために、被検査体に接触させるプローブを有する電気的接続装置が用いられている。プローブは、例えばプローブヘッドに形成されたガイド穴を貫通した状態で保持される（特許文献１参照。）。

プローブは、被検査体の検査用パッドの上方に配置されている。このため、検査用パッドの配置間隔が狭い場合に、プローブの間隔も狭くなる。したがって、パッドの配置間隔を狭くする要求に対応するためには、プローブを保持するプローブヘッドのガイド穴の間隔を狭くする必要がある。

特開２０１５−１１８０６４号公報

しかしながら、プローブヘッドの材料の加工限界を超えた狭い間隔でガイド穴を形成した場合には、ガイド穴にクラックや欠けが生じたり隣接するガイド穴が連結したりするなど、ガイド穴が破損する問題が生じる。

上記問題点に鑑み、本発明は、プローブを保持するプローブヘッドのガイド穴の破損を抑制できる電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、軸方向に伸縮自在に構成された本体パート、及び、一方の端部が被検査体に対向し、他方の端部が本体パートの先端に接触する先端パートを有する複数のプローブと、プローブの本体パートがそれぞれ貫通するガイド穴を有する本体ガイド、及び、プローブの先端パートがそれぞれ貫通するガイド穴を有する先端ガイドを有し、プローブを保持するプローブヘッドとを備え、複数のプローブの少なくとも一部について、互いに隣接するプローブの先端パートの間隔が本体パートの間隔よりも狭く設定されている電気的接続装置が提供される。

本発明によれば、プローブを保持するプローブヘッドのガイド穴の破損を抑制できる電気的接続装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置の測定時の状態を示す模式図である。 比較例の電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置は、図１に示すように、複数のプローブ１０ａ〜１０ｅと、プローブ１０ａ〜１０ｅを保持するプローブヘッド２０とを備える。以下において、複数のプローブ１０ａ、１０ｂ、・・・を総称して「プローブ１０」という。

図１に示す電気的接続装置は、被検査体４の電気的特性の測定に使用される垂直動作式プローブカードであり、被検査体４の測定時にプローブ１０の先端部が被検査体４の検査用パッド４１と接触する。図１では、プローブ１０が検査用パッド４１に接触していない状態を示している。一方、プローブ１０の基端部は、基板３に配置されたランド３１と接触している。ランド３１はテスタなどの検査装置（図示せず）と電気的に接続されており、電気的接続装置は被検査体４の電気的特性を判断する際に使用される。

プローブ１０は、軸方向に伸縮自在に構成された本体パート１１、及び、一方の端部が被検査体４に対向し、他方の端部が本体パート１１の先端に接触する先端パート１２を有する。測定において、先端パート１２の被検査体４に対向する端部が、プローブ１０の先端部として被検査体４に当接する。被検査体４に当接した先端パート１２が軸方向に移動して、本体パート１１を軸方向に圧縮変形させる。

プローブヘッド２０は、複数のプローブ１０の本体パート１１がそれぞれ貫通する複数のガイド穴を有する本体ガイド２１、及び、複数のプローブ１０の先端パート１２がそれぞれ貫通する複数のガイド穴を有する先端ガイド２２を有する。

プローブ１０の本体パート１１は、図２（ａ）に示すように、管形状のバレル１１１と、バレル１１１の両端部の開口端からそれぞれ先端が露出した棒形状のボトム側プランジャー１１２及びトップ側プランジャー１１３を有する。ボトム側プランジャー１１２の先端が先端パート１２と接触する。トップ側プランジャー１１３の先端が、プローブ１０の基端部としてランド３１と接触する。

バレル１１１には、側面を貫通する螺旋状の切り込みが形成されている。この切り込みの形成された領域がバネ部となって、プローブ１０は軸方向に伸縮自在である。ボトム側プランジャー１１２は接合箇所１１４においてバレル１１１に接合され、トップ側プランジャー１１３は接合箇所１１５においてバレル１１１に接合されている。ボトム側プランジャー１１２及びトップ側プランジャー１１３とバレル１１１とは、スポット溶接によって溶接してもよいし、接着材によって接着してもよい。

プローブ１０の先端パート１２は、図２（ｂ）に示すように、被検査体４に対向する端部を含む軸部１２１と、軸部１２１に連結し、ボトム側プランジャー１１２の先端に接触する端部であるコンタクト部１２２を有する。

なお、ランド３１と被検査体４とを電気的に接続するプローブ１０には、導電性の材料が使用される。例えば、バレル１１１にＮｉ材などが使用され、ボトム側プランジャー１１２やトップ側プランジャー１１３にＡｇＰｄＣｕ材などが使用される。プローブヘッド２０には非導電性の材料が使用され、例えばセラミック材などが使用される。

被検査体４の検査においては、電気的接続装置が被検査体４に対して相対的に移動し、プローブ１０の先端部と被検査体４が接触する。図３に、プローブ１０と被検査体４が接触した状態を示す。プローブ１０と被検査体４が接触すると、プローブ１０は軸方向に縮む。そして、測定が終了してプローブ１０と被検査体４が離れると、プローブ１０は伸びる。コンタクト部１２２の外径は、本体ガイド２１のガイド穴及び先端ガイド２２のガイド穴の軸部１２１が貫通する部分の内径よりも大きい。そして、先端ガイド２２のガイド穴のうち、先端パート１２のコンタクト部１２２が配置され、コンタクト部１２２の外径よりも内径が大きい部分が、コンタクト部１２２の軸方向の長さよりも長く軸方向に沿って形成されている。このため、プローブ１０が軸方向に伸縮したときに、先端ガイド２２のガイド穴の内部をコンタクト部１２２が軸方向に沿って移動する。

実施形態に係る電気的接続装置では、複数のプローブ１０の少なくとも一部について、互いに隣接するプローブ１０の先端パート１２の間隔は、本体パート１１の間隔よりも狭く設定されている。これは、被検査体４に接触するプローブ１０の先端部の間隔を検査用パッド４１の配置間隔に合わせる必要があり、一方、基板３のランド３１に接触するプローブ１０の基端部の間隔をランド３１の配置間隔に合わせるためである。「間隔」は中心間の距離とする。

図１に示した電気的接続装置では、ランド３１の間隔Ｗ１よりも狭い間隔Ｗ２で配置された検査用パッド４１にそれぞれ接触するプローブ１０ｂとプローブ１０ｃの間では、先端パート１２の間隔が本体パート１１の間隔よりも狭い。即ち、プローブ１０ｂとプローブ１０ｃについては、プローブ１０の軸方向からの平面視で、先端パート１２の軸部１２１の中心と本体パート１１の中心が一致していない。具体的には、先端パート１２の軸部１２１の中心よりも本体パート１１の中心がプローブヘッド２０の外側に位置している。

ランド３１の間隔Ｗ１がプローブヘッド２０の材料の加工限界に近い間隔であって検査用パッド４１の間隔Ｗ２が間隔Ｗ１よりも狭い場合、プローブヘッド２０に間隔Ｗ２でガイド穴を形成すると、ガイド穴が破損しやすい。例えば、ガイド穴にクラックや欠けが生じたり、隣接するガイド穴が連結したりする。

ガイド穴にクラックが生じると、プローブ１０と被検査体４との接触で発生する応力によってガイド穴の間の障壁が崩れて、隣接するガイド穴が連結する。また、ガイド穴の欠けやガイド穴の連結が生じると、プローブ１０が撓む。

その結果、想定以上の高い針圧でプローブ１０が接触することで被検査体４が破損したり、プローブ１０が削れたりする。また、ランド３１とプローブ１０の基端部との位置合わせのズレが生じたり、隣接するプローブ１０が電気的に短絡したりする。

プローブヘッド２０の材料がセラミック材である場合、直径が７０μｍのプローブ１０を貫通させるガイド穴を損傷しないで形成できる間隔は１００μｍ程度である。これに対し、被検査体４の検査用パッド４１の配置間隔を１００μｍより狭くする要求がある。例えば検査用パッド４１の配置間隔が９４μｍの場合に、セラミック材のプローブヘッド２０のガイド穴の間隔をこれに合わせると、ガイド穴が破損しやすい。

例えば、図４に示した比較例の電気的接続装置では、検査用パッド４１の配置間隔に合わせて、プローブ１００の全長とほぼ同じ長さで、プローブヘッド２０Ａのガイド穴の間隔が狭くなっている。このため、間隔Ｗ２がプローブヘッド２０Ａの材料の加工限界を超えている場合、ガイド穴が破損する。その結果、被検査体４やプローブ１０の破損や、隣接するプローブが電気的に短絡するなどの問題が生じる。

このため、ガイド穴の破損にともない、プローブヘッドの製造をやり直す必要がある。つまり、比較例の電気的接続装置では、被検査体４の検査用パッド４１の配置間隔の狭小化に対応することが困難である。

しかし、第１の実施形態に係る電気的接続装置では、任意のプローブ１０の間隔について、先端パート１２の軸部１２１が貫通する先端ガイド２２のガイド穴の間隔より、本体パート１１が貫通する本体ガイド２１のガイド穴の間隔を広く設定できる。つまり、配置間隔の狭い検査用パッド４１に接触するプローブ１０の間隔について、本体パート１１の間隔を検査用パッド４１の配置間隔よりも広くできる。

このため、プローブヘッド２０の加工限界よりも配置間隔を狭く配置された検査用パッド４１にそれぞれ接触するプローブ１０の本体パート１１が貫通する本体ガイド２１のガイド穴の間隔を、プローブヘッド２０の材料の加工限界よりも広い間隔にできる。したがって、プローブ１０の全長に亘ってガイド穴の間隔を加工限界よりも狭い間隔にする場合に比べて、ガイド穴の損傷を抑制することができる。

以上に説明したように、図１に示した電気的接続装置では、プローブ１０の本体パート１１はランド３１の位置に合わせて配置され、先端パート１２は検査用パッド４１の位置に合わせて配置される。このため、プローブヘッド２０のガイド穴の間隔が狭いのは、先端ガイド２２だけである。そして、バレル１１１に構成したバネ部の伸縮によってプローブヘッド２０のガイド穴の内部を摺動する本体パート１１が貫通する本体ガイド２１では、ガイド穴の間隔が広い。したがって、ガイド穴の損傷による上記の問題を回避することができる。

また、プローブ１０の本体パート１１を均等な間隔で配置した場合に、本体ガイド２１のガイド穴を均等な間隔で配置することができる。ガイド穴を均等な間隔で形成することにより、プローブヘッド２０の製造が容易である。

図１に示した電気的接続装置によれば、本体パート１１の全長が長い場合ほど、ガイド穴の損傷を抑制する効果が高くなる。プローブ１０の本体パート１１の全長は、例えば４ｍｍ〜８ｍｍ程度である。本体パート１１の全長は、バネ部の設計狙い値（針圧やストローク量）に依存する。

一方、先端パート１２の全長は、例えば０．７ｍｍ〜２ｍｍ程度である。例えば、先端パート１２の全長を、ストローク量が低い仕様で短く、ストローク量が高い仕様で長くする。なお、先端パート１２の貫通する径のガイド穴が破損しない範囲で、プローブヘッド２０の材料に応じて先端ガイド２２の厚みを設定してもよい。そして、その厚みを貫通するように先端パート１２の全長を設定する。これにより、先端ガイド２２のガイド穴の損傷を抑制することができる。先端ガイド２２のガイド穴の径が小さいほど、ガイド穴を破損せずに加工できる先端ガイド２２の厚みは厚くなる。

なお、プローブ１０を繰り返し使用することにより、プローブ１０の先端が摩耗したり、破損したりする。このため、プローブ１０の交換が必要になる。図１に示した電気的接続装置では、本体パート１１と先端パート１２を分離可能とすることにより、先端パート１２のみを交換すればよい。このため、プローブ１０の全体を交換する必要がなく、測定コストを抑制することができる。

＜第１の変形例＞
図５に、第１の実施形態の第１の変形例に係る電気的接続装置を示す。図５に示した電気的接続装置では、ランド３１の間隔Ｗ１よりも狭い間隔Ｗ２で配置された検査用パッド４１にそれぞれ接触するプローブ１０ｂとプローブ１０ｃのコンタクト部１２２が配置された空間の径が、他のプローブ１０（プローブ１０ａ、プローブ１０ｄ、プローブ１０ｅ）のコンタクト部１２２が配置された空間よりも小さい。そして、他のプローブ１０よりもプローブ１０ｂとプローブ１０ｃのコンタクト部１２２の面積を小さくしている。

このため、プローブ１０ａ、プローブ１０ｄ、プローブ１０ｅではコンタクト部１２２の中央部に軸部１２１が連結しているが、プローブ１０ｂとプローブ１０ｃでは、面積を小さくしたコンタクト部１２２の周辺部に軸部１２１が連結している。つまり、プローブ１０ｂとプローブ１０ｃの軸部１２１とコンタクト部１２２とで、軸方向に沿った中心軸が一致していない。

図５に示した電気的接続装置によれば、先端ガイド２２におけるプローブ１０ｂとプローブ１０ｃの間で先端ガイド２２のガイド穴の間の障壁の厚みＤを、図１に示した電気的接続装置よりも広くできる。このため、先端ガイド２２におけるガイド穴の損傷を抑制することができる。

＜第２の変形例＞
図６に、第１の実施形態の第２の変形例に係る電気的接続装置を示す。図６に示した電気的接続装置では、プローブ１０が接触する検査用パッド４１の配置間隔のすべてが、ランド３１の配置間隔よりも狭い間隔Ｗ２である。つまり、すべてのプローブ１０で、先端パート１２の間隔が本体パート１１の間隔よりも狭く、プローブ１０の軸方向からの平面視で、先端パート１２の軸部１２１の中心と本体パート１１の中心が一致していない。

図６に示した電気的接続装置では、すべてのプローブ１０において、図５に示したプローブ１０ｂとプローブ１０ｃと同様にコンタクト部１２２の面積を小さくして、コンタクト部１２２の周辺部に軸部１２１が連結している。つまり、すべてのプローブ１０について、軸部１２１とコンタクト部１２２とで軸方向に沿った中心軸が一致していない。

図６に示した電気的接続装置によれば、検査用パッド４１の配置間隔のすべてが狭い場合にも、本体ガイド２１及び先端ガイド２２のガイド穴の損傷を抑制することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電気的接続装置は、図７に示すように、先端パート１２のコンタクト部１２２の軸方向に沿った位置が単一でないことが図１と異なる。図７に示した電気的接続装置では、本体ガイド２１から露出するプローブ１０の本体パート１１の先端の長さ（以下において「露出部分の長さ」という。）が、プローブ１０で均一ではない。そして、露出部分の長さが互いに異なるプローブ１０では、本体パート１１の先端と先端パート１２が接触する位置が軸方向に沿って異なる。

図７に示す電気的接続装置は、プローブヘッド２０の先端ガイド２２が、本体ガイド２１に対向する第１ガイド層２２１と被検査体４に対向する第２ガイド層２２２が、プローブ１０の軸方向に沿って積層された構造である。

第１ガイド層２２１において、露出部分の長さが相対的に長いプローブ１０ｂ〜プローブ１０ｅの本体パート１１と先端パート１２が接触する。そして、第２ガイド層２２２において、露出部分の長さが相対的に短いプローブ１０ａとプローブ１０ｆの本体パート１１と先端パート１２が接触する。

このため、プローブ１０によって先端パート１２の軸部１２１の長さが均一でない。つまり、露出部分の長さが長いプローブ１０では軸部１２１が短く、露出部分の長さが短いプローブ１０では軸部１２１が長い。このため、先端パート１２のコンタクト部１２２の軸方向に沿った位置がプローブ１０によって異なる。

配置間隔の狭い検査用パッド４１が集中した領域では、先端パート１２の間隔が狭いプローブ１０が集中する。このため、先端パート１２を同一の平面レベルに配置したときに、隣接するコンタクト部１２２が接触する場合がある。

しかし、先端パート１２の間隔が狭いプローブ１０が集中した場合にも、図７に示した電気的接続装置によれば、先端ガイド２２を多層化することにより、コンタクト部１２２が接触することなく、先端パート１２を検査用パッド４１の配置間隔に合わせて配置することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

第１ガイド層２２１と第２ガイド層２２２の軸方向に沿った厚みは、プローブ１０のストローク量やガイド穴を破損せずに加工できる厚みなどに応じて設定される。例えば、第１ガイド層２２１の厚みは０．７ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、第２ガイド層２２２の厚みは１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

なお、図７に示した電気的接続装置はプローブヘッド２０の先端ガイド２２が２層であるが、必要に応じて先端ガイド２２を３層以上にしてもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る電気的接続装置は、図８に示すように、複数のプローブ１０の少なくとも一部について、先端パート１２の軸部１２１が屈曲部を有する。図８に示した電気的接続装置では、プローブ１０ａとプローブ１０ｆの先端パート１２の軸部１２１が屈曲部を有する。つまり、第１ガイド層２２１において、プローブ１０ａとプローブ１０ｆの本体パート１１と先端パート１２が接触する。そして、第２ガイド層２２２において、プローブ１０ａとプローブ１０ｆの軸部１２１が屈曲している。

上記のようにプローブ１０の一部を屈曲させることにより、軸方向と垂直な方向に沿ったコンタクト部１２２の長さを、異なる平面レベルに分割することができる。これにより、先端パート１２の間隔が狭いプローブ１０が集中した場合に、隣接するコンタクト部１２２が接触することを回避できる。

また、図８に示した電気的接続装置によれば、すべてのプローブ１０の露出部分の長さを均一にできる。このため、プローブ１０の本体パート１１の形状を同一にすることができる。

図８に示した電気的接続装置では、一部のプローブ１０の先端パート１２の軸部１２１が屈曲部を有する例を示した。しかし、すべてのプローブ１０の先端パート１２の軸部１２１が屈曲部を有するようにしてもよい。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

１０…プローブ
１１…本体パート
１２…先端パート
２０…プローブヘッド
２１…本体ガイド
２２…先端ガイド
１１１…バレル
１１２…ボトム側プランジャー
１１３…トップ側プランジャー
１２１…軸部
１２２…コンタクト部
２２１…第１ガイド層
２２２…第２ガイド層

Claims (7)

1. 被検査体の測定に使用される電気的接続装置であって、
   軸方向に伸縮自在に構成された本体パート、及び、一方の端部が前記被検査体に対向し、他方の端部が前記本体パートの先端に接触する先端パートを有する複数のプローブと、
   前記複数のプローブの前記本体パートがそれぞれ貫通する複数のガイド穴を有する本体ガイド、及び、前記複数のプローブの前記先端パートがそれぞれ貫通する複数のガイド穴を有する先端ガイドを有し、前記複数のプローブを保持するプローブヘッドと
   を備え、
   前記複数のプローブの少なくとも一部について、互いに隣接するプローブの前記先端パートの間隔が前記本体パートの間隔よりも狭く設定されていることを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記先端パートが、
   前記一方の端部を含む軸部と、
   前記軸部に連結し、前記本体ガイドの前記ガイド穴の内径及び前記先端ガイドの前記ガイド穴の前記軸部が貫通する部分の内径よりも外径が大きく、前記他方の端部を含むコンタクト部と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記先端ガイドの前記ガイド穴のうち、前記コンタクト部が配置され、前記コンタクト部の外径よりも内径が大きい部分が、前記コンタクト部の前記軸方向の長さよりも長く前記軸方向に形成され、
   前記複数のプローブが伸縮したときに、前記先端ガイドの前記ガイド穴の内部を前記コンタクト部が前記軸方向に沿って移動する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気的接続装置。
4. 前記先端パートの間隔が前記本体パートの間隔よりも狭く設定されているプローブについて、前記軸部と前記コンタクト部とで前記軸方向に沿った中心軸が一致していないことを特徴とする請求項２又は３に記載の電気的接続装置。
5. 前記本体ガイドから露出する前記本体パートの前記先端の長さが前記複数のプローブで均一でなく、
   前記本体ガイドから露出する前記先端の長さが互いに異なるプローブでは、前記本体パートの前記先端と前記先端パートが接触する位置が前記軸方向に沿って異なる
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
6. 前記複数のプローブに前記軸部が屈曲部を有するプローブが含まれることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
7. 前記本体ガイドの前記ガイド穴が均等な間隔で配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。

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