JP2023053677A - 電気的接続装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気的接続装置に関し、例えば、半導体集積回路等の被検査体の電気的特性を検査するために、被検査体の電極とテスターとの間を電気的に接続する電気的接続装置に適用し得るものである。
例えば、フラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display)の製造工程では、基板上の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の半導体集積回路の機能検査、配線の断線・ショート検出等の検査、パネル点灯検査等が行なわれる。
これらの検査は、被検査体の各電極と接触する接触子を複数備えた、プローブブロック、プローブユニット等の電気的接続装置を用いて行なわれる(特許文献1参照)。
図12において、プローブユニット2は、図示しないテスターと接続しており、複数のプローブブロック9を備える。被検査体を検査する際、プローブユニット2は、各プローブブロック9に搭載のプローブを、被検査体の電極に接触させて検査する。各プローブブロック9は、複数のプローブ91を有しており(図13参照)、各プローブ91は、接続基板93上の配線パターンを介して、信号引き出しFPC94と接続する。このようにプローブブロック9が被検査体と接触した後、テスターは各プローブ91を介して被検査体との間で電気信号を授受して検査を行なう。
しかしながら、図14(A)に示すように、複数のプローブ91の先端位置を含むプローブ先端面S1と被検査体の電極面S2とが平行でない状態で、各プローブ91が電極51に接触することがある。この場合、傾いている電極に対して先に接触したプローブ91は応力が大きく、後に接触したプローブ91は応力が小さくなり(図14(B)参照)、適切な針圧が得られない。プローブ群のピン数が多い場合、上述した現象が顕著に現れ、プローブに破損等が生じ得、その結果プローブの寿命を縮める原因にもなってしまう。
そこで、本発明は、上述した課題に鑑み、プローブ群の先端と被検査体の電極とが接触する際に、各プローブに生じる圧力の大きさの違いを吸収でき、プローブの破損等を抑えることができる電気的接続装置を提供しようとするものである。
かかる課題を解決するため、本発明は、検査装置と、被検査体の電極に接触する複数の接触子との間を電気的に接続する電気的接続装置において、基板部材と、基板部材の一方の端部側に設けられ、被検査体の前記電極に対して接触する複数の接触子とを備え、基板部材が、被検査体の電極に対する接触による接触子間の圧力差を抑制する圧力差抑制部を有することを特徴とする。
本発明によれば、プローブ群の先端と被検査体の電極とが接触する際に、各プローブに生じる圧力の大きさの違いを抑えることができ、プローブの破損等を抑えることができる。
(A)実施形態
以下では、本発明に係る電気的接続装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
以下では、本発明に係る電気的接続装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施形態では、フラットパネルディスプレイ製造工程で行なわれる検査で用いるプローブブロックに、本発明の電気的接続装置を適用する場合を例示する。
以下において、被検査体は、フラットパネルディスプレイとし、より具体的にはフラットパネル上に形成された半導体集積回路(デバイス)とする場合を例示する。
(A-1)実施形態の構成
(A-1-1)プローブユニット
まず、実施形態に係るプローブユニットの構成を、図12を用いて簡単に説明する。図12は、プローブユニット2の一部構成を示す概略構成図である。
(A-1-1)プローブユニット
まず、実施形態に係るプローブユニットの構成を、図12を用いて簡単に説明する。図12は、プローブユニット2の一部構成を示す概略構成図である。
プローブユニット2は、例えば液晶パネル等のようなフラットパネル(被検査体)5上の半導体集積回路の電気的特性の検査に用いられるものである。フラットパネル(被検査体)5は、長方形の形状をしており、複数の半導体集積回路を備えている。各半導体集積回路は、所定ピッチで電極51を有している。各電極51は、半導体集積回路の高集積化に伴って狭ピッチで配設されている。
プローブユニット2は、図示しないテスター側と接続しており、テスターと接続する本体フレームに取り付けられる。プローブユニット2は、板状部材のプローブベース3と、プローブベース3の前端部において左右方向(X軸方向)に配置された複数のプローブブロック1とを有する。
プローブベース3は、複数のプローブブロック1を支持する板状部材であり、テスターの本体フレームに固定される。プローブベース3は、その前端部が、フラットパネル(被検査体)5上の電極がある端部に対向して配置される。またプローブベース3は、その前端部に複数のプローブブロック1を有する。したがって、プローブベース3の前端部に配置されている各プローブブロック1が、フラットパネル(被検査体)5上の半導体集積回路の電極51に対して接触可能な位置にある。
複数のプローブブロック1は、プローブベース3の前端部の左右方向(X軸方向)に配置されている。各プローブブロック1は、被検査体5の電極に対向して設けられており、各プローブブロック1は、被検査体5の電極に対して電気的に接触させるための複数のプローブ11を備える。
(A-1-2)プローブブロック
図1は、実施形態に係るプローブブロックの構成を示す構成斜視図である。図2は、実施形態に係るプローブブロックの構成を示す側面図である。図3は、実施形態に係るプローブブロックの接続基板の構成を示す構成図である。
図1は、実施形態に係るプローブブロックの構成を示す構成斜視図である。図2は、実施形態に係るプローブブロックの構成を示す側面図である。図3は、実施形態に係るプローブブロックの接続基板の構成を示す構成図である。
プローブブロック1は、接続基板12と、複数のプローブ11と、ブロック13と、信号引き出しFPC(フレキシブルプリント基板)14とを有する。
接続基板12は、複数のプローブ11を支持する支持基板である。接続基板12は、複数のプローブ11のコンタクト時に下方から上方に向けて圧力を受けるため、比較的ヤング率が高く、かつ、電気絶縁性の材料で形成された基板とする。例えばセラミック基板を適用できる。
図3において、接続基板12は、その前端部(一方の端部)124側にプローブ11を支持するための複数のスリット部121と、配線パターン122と、電極端子123とを有する。
スリット部121は、プローブ11を保持するものである。スリット部121は、接続基板12の前端部124において、幅方向(X軸方向)にプローブ11の数に応じた数だけ形成される。そして、各スリット部121に各プローブ11の取付部111が挿入されることでプローブ11を保持する。スリット部121は、様々な方法を用いて形成できるが、例えば、ダイサー、ダイヤモンドワイヤ等の工作機械を用いて接続基板12に対して切り込み加工をする方法を適用できる。
配線パターン122は、金、銀、銅等の導電性材料で形成された配線である。配線パターン122は、プローブ11と信号引き出しFPC14との間で電気信号を伝達する配線である。配線パターン122の形成方法は、例えば、インクジェットヘッドから導電性材料を接続基板12上に噴射して、微細な幅の線状パターンを形成するインクジェット法、ミストジェット法等を用いることができる。例えば、配線パターン122を、スリット部121に挿入されたプローブ11と接触可能とするため、カンチレバータイプのプローブ11をスリット部121に挿入した後、スリット部121に挿入したプローブ11の取付部111にも導電性材料を吐露し、連続的に接続基板12上に導電性材料を吐露して、配線パターン122を形成してもよい。
電極端子123は、信号引き出しFPC14用の電極端子(バンプ)である。電極端子123は、接続基板12において信号引き出しFPC14を設ける側の端部に配置し、配線パターン122と接続可能に設ける。電極端子123は、金属等の導電性材料で形成される。電極端子123も、配線パターン122の形成方法と同様にインクジェット法等を用いることができ、配線パターン122の形成工程と同じ工程で形成してもよい。
信号引き出しFPC14は、テスター側の回路と接続するための回路基板である。信号引き出しFPC14は、接続基板12に形成した電極端子123と接続できるように配置される。信号引き出しFPC14は、配線パターン122及びプローブ11を介して、テスター側と被検査体との間で電気信号を伝達する。
プローブ11は、導電性材料で形成されたカンチレバータイプのコンタクトプローブである。
図4は、実施形態に係るプローブ11の構成を示す構成図である。図4において、プローブ11は、主に、基端部としての取付部111と、土台部112と、上側アーム部113と、下側アーム部114と、支持部115と、接触部116とを有する。
図4に示すプローブ11の構成は一例である。プローブ11は、カンチレバータイプの電気的接触子であれば、図4の構成に限定されず、広く適用できる。また、プローブ11は、2本のアーム部(上側アーム部113、下側アーム部114)を有する場合を例示するが、アーム部は1本又は3本以上であってもよい。
取付部111は、接続基板12のスリット部121に取り付ける部分である。取付部111は、略四角板状に形成されている。
土台部112は、取付部111から下方に延びた部分であり、取付部111と一体的に連続した部分である。土台部112は、2本のアーム部である上側アーム部113と下側アーム部114を支持する部分であり、土台部112が、2本のアーム部(上側アーム部113、下側アーム部114)の弾性を支持する部分となる。
支持部115は、接触部116と上側アーム部113と下側アーム部114とを支持する部分である。
接触部116は、被検査体5の電極と接触する部分である。接触部116は、支持部115から下方に延びた端部の先端に設けられている。接触部116が被検査体5の電極と接触すると、接触荷重の反力(下方から上方に向けた反力)が作用し、支持部115が上下動する。
上側アーム部113と下側アーム部114は、接触部116を弾性的に支持する部材である。この例では、上側アーム部113及び下側アーム部114は、直線状の棒材であり、支持部115の上下動を許容する部材である。上側アーム部113及び下側アーム部114は、取付部111側の土台部112と、接触部116側の支持部115とに一体的に取り付けられている。
ブロック13は、プローブベース3に対してプローブブロック1を固定する部材である。ブロック13は、接続基板12の上面に設けられる。ブロック13は概ね四角柱であり、ブロック13の幅長(X軸方向の長さ)は、接続基板12の幅長と同程度である。ブロック13は、その底部に、接続基板12の上面と固定する底面133と、底面133に対してブロック13の内部側に段差を持つ段差部132とを有する。
ブロック13の段差部132は、その高さ(Z軸方向の長さ)が信号引き出しFPC14の厚さよりもわずかに大きい。また、段差部132は、その長手方向の長さ(Y軸方向の長さ)が、接続基板12上に存在している信号引き出しFPC14の長手方向の長さよりもわずかに大きい。したがって、ブロック13は、接続基板12上に設けられた信号引き出しFPC14の上部を覆うようにして設けられている。
ブロック13は、当該ブロック13の前端部(一方の端部)131が接続基板12の前端部(一方の端部)124から所定長離れた位置に設けられ、ブロック13は全体として接続基板12の奥端部(他方の端部)125側に配置される。
圧力差抑制部20は、接続基板12の前端部124からブロック13の前端部131までの接続基板12の一部分である。圧力差抑制部20は、複数のプローブ11が存在している。したがって、複数のプローブ11のコンタクト時には、圧力差抑制部20は、下方から上方に向けた方向の圧力(被検査体5側からプローブ11側の方向の圧力)を受ける。
ここで、複数のプローブ11の先端面と電極面とが平行でなく、相対的に傾いた状態でコンタクトした場合、圧力が強いプローブ11が存在することになり、そのプローブ11からの強い圧力が接続基板12に加わる。この場合でも、偏った圧力を受けた圧力差抑制部20が捻じれる(すなわち、接続基板12のY軸方向の中心軸回りに捻じれる)ことで、プローブ11間の圧力差を緩和することができる。つまり、電極面に対して複数のプローブ11が傾いた状態でコンタクトした場合でも、各プローブ11圧力の平衡が保たれ、プローブ11の破損等を抑え、プローブ11の寿命を延ばすことができる。
次に、圧力差抑制部20が各プローブ11間の圧力の大きさの違いを抑制する圧力平衡化に関してシミュレーションを行なう。
図5及び図6は、実施形態に係る圧力差抑制部20のシミュレーションモデルを説明する説明図である。図7は、実施形態に係る圧力差抑制部のシミュレーションモデルのパラメータを説明する説明図である。
図5に示すように、シミュレーションモデルは、モデル解析を簡易にするため、プローブブロック1における圧力差抑制部20を含む要素のみを抽出し、それ以外の要素を削除したモデルを用いる。すなわち、シミュレーションモデルは、複数のプローブ11を備えた圧力差抑制部20の部分を残し、ブロック13とブロック13下方の接続基板12と信号引き出しFPC14の部分を削除した。
さらに、図6(A)のように、複数のプローブ11のうち、中央部に存在しているプローブ11を取り除き、接続基板12の左端にある10本のプローブ11と、右端にある10本のプローブ11を残した。なお、最も左端の位置にあるプローブ11を「最左ピン11L」と呼び、最も右端の位置にあるプローブ11を「最右ピン11R」と呼ぶ。
また、図6(B)に示すように、プローブ11の先端面と被検査体5の電極面とが相対的に1°傾くこととする。つまり、被検査体5の電極面とプローブ先端面とが相対的に傾いた状態で、プローブ11が電極面に接触する場合を想定する。
図7(A)は、実施形態に係る圧力差抑制部20のシミュレーションで定義するパラメータである。図7(B)は、固定パラメータの名称とその値を示すテーブルである。
図7(A)において、実施形態では、「接続基板12の幅長」、「接続基板12のヤング率」、「被検査体5の電極面とプローブ先端面との傾き角度」を固定パラメータとする。固定パラメータの値は、接続基板12の幅長が12[mm]、接続基板12のヤング率が100[GPa]、被検査体5の電極面とプローブ先端面との傾き角度が1[°]とする(図7(B)参照)。
他方、「圧力差抑制部20の自由長L」、「接続基板12の厚さT」を条件設定パラメータとする。つまり、「圧力差抑制部20の自由長L」、「接続基板12の厚さT」の値を変更してシミュレーションを行なう。
圧力差抑制部20の自由長Lの値は、0mm,2.5mm,5mmの3通りとし、接続基板12の厚さTの値は、0.1mm,0.15mm,0.2mmの3通りとする。この場合、図8に示すように、9通りのケースを解析する。
ここで、「圧力差抑制部20の自由長L」は、スリット部121に挿入されたプローブ11の奥端部の位置から、ブロック13の前端部131の位置までの長さとする(図2参照)。しかし、スリット部121の長さが一定の長さなので、圧力差抑制部20の自由長Lは、接続基板12の前端部124の位置から、ブロック13の前端部131の位置までの長さとしてもよい。
上述したシミュレーションモデルで、「圧力差抑制部20の自由長L」、「接続基板12の厚さT」の値を変えて、プローブ11を被検査体5の電極51に接触させ、オーバードライブをかける。オーバドライブは300umとし、そのときの最左ピン11Lと最右ピン11Rの変位差、針圧差、圧力差を比較する。
図9は、最左ピン11Lと最右ピン11Rの変形差を解析した解析図である。図10は、最左ピン11Lと最右ピン11Rの針圧差を解析した解析図である。図11は、最左ピン11Lと最右ピン11Rの応力差を解析した解析図である。
図9(A)及び図9(B)において、自由長Lが0mmの場合、接続基板12の厚さTが0.1mm、0.15mm、0.2mmのいずれのときも、最左ピン11Lと最右ピン11Rの変形差は、約185um程度であった。自由長Lが0mmのときの解析結果は、概ね従来のプローブブロックを用いたときの結果とみなすことができるだろう。
自由長Lが2.5mm、5mmの場合と、自由長Lが0mmの場合と比較する。自由長Lが2.5mm、5mmの場合の各厚さTの変形差は、自由長Lが0mmの場合の同じ厚さの変形差よりも小さいことがわかる。また、自由長Lの長さを同じとした場合、厚さTが小さくなるほど、変形差が小さいことがわかる。
図10,図11に示すように、最左ピン11Lと最右ピン11Rの針圧差、応力差の解析結果も、図9の最左ピン11Lと最右ピン11Rの変形差の解析結果と同じである。
図9~図11の解析結果より、自由長Lが一定である場合、圧力差抑制部20の厚さ(すなわち、接続基板12の厚さ)Tが薄いほど、最左ピン11Lと最右ピン11Rの変位差、針圧差、応力差が小さくなる。また、圧力差抑制部20の厚さ(すなわち、接続基板12の厚さ)Tが一定である場合、圧力差抑制部20の自由長Lが長いほど、最左ピン11Lと最右ピン11Rの変位差、針圧差、応力差が小さくなる。つまり、圧力差抑制部20の自由長Lが長く、厚さが薄いほど、順応効果が大きいことがわかる。
ここで検討する。被検査体5の電極面とプローブ先端面とが相対的に傾いており、左側の電極面が右側の電極面よりも高い位置にある。従って、最左ピン11Lが最も先に被検査体5の電極51に接触し、最右ピン11Rが最も後に電極51に接触する。
この場合、最左ピン11Lを含む左端側のプローブ11には強い圧力が生じるので、圧力差抑制部20の左側部分に作用する力(下方から上方に向けた圧力)は、右側部分に作用する力よりも大きくなる。そうすると、接続基板12の一部である圧力差抑制部20における応力に偏りが生じる。そして、Y軸方向の中心軸回りに力が作用する。基板部材である圧力差抑制部20は中心軸回りで捻じれる(変形する)。
この実施形態は、接触時に生じる上述した基板部材の変形を利用して、圧力差抑制部20が、プローブ11間の変形差、針圧差、圧力差を抑える。さらに、圧力差抑制部20の自由長Lの長さが長くなるほど、圧力差抑制部20の厚さ(すなわち、接続基板の厚さ)Tが薄くなるほど、その効果は大きくなる。上述した自由長Lの値及び厚さTの値は一例であり、これらに限定されない。
(A-2)実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、プローブ群の先端と被検査体の電極とが接触する際に、プローブブロック1に設けた圧力差抑制部20が捻じれることで、プローブ間の圧力差を抑制でき、プローブの破損等を抑えることができる。その結果、プローブの寿命を延ばすことができる。
以上のように、この実施形態によれば、プローブ群の先端と被検査体の電極とが接触する際に、プローブブロック1に設けた圧力差抑制部20が捻じれることで、プローブ間の圧力差を抑制でき、プローブの破損等を抑えることができる。その結果、プローブの寿命を延ばすことができる。
(B)他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
(B-1)上述した実施形態では、本発明に係るプローブブロックを用いて、フラットパネルディスプレイ上の検査を行なう場合を例示した。本発明に係るプローブブロックは、他のデバイスの電気的特性の検査にも適用できる。例えば、TABテープ(Tape Automated Bonding)、COFテープ(Chip On Film)、タッチパネル、プリンタヘッド等の電気的特性の検査にも本発明を用いることができる。
(B-2)実施形態で例示したシミュレーションモデルは一例である。固定パラメータの種類及び各値は図7(B)に限定されず、条件設定パラメータの種類及び各値も一例である。
図7(B)に固定パラメータの値を例示したが、これは一例であり、固定パラメータの値が変われば、条件設定パラメータの値も変わることになる。したがって、実施形態で例示した各パラメータの値は一例であり限定されるものではない。
(B-3)プローブブロック1の構成は上述した実施形態で説明したものに限定されない。上述した実施形態では、接続基板12のスリット部121に、プローブ11が挿入されているものとしたが、これに限らない。プローブ11は、接続基板12(圧力差抑制部20)の下面に固定されているものでもよい。この場合でも、上述した実施形態の効果と同様の効果を奏する。
1…プローブブロック、11…プローブ、111…取付部、112…土台部、113…上側アーム部、114…下側アーム部、115…支持部、116…接触部、12…接続基板、13…ブロック、14…信号引き出しFPC、20…圧力差抑制部、121…スリット部、122…配線パターン、123…電極端子、124…前端部、131…前端部、132…段差部、133…底面、5…被検査体、51…電極。
Claims (4)
- 検査装置と、被検査体の電極に接触する複数の接触子との間を電気的に接続する電気的接続装置において、
基板部材と、
前記基板部材の一方の端部側に設けられ、前記被検査体の前記電極に対して接触する複数の接触子と
を備え、
前記基板部材が、前記被検査体の前記電極に対する接触による前記接触子間の圧力差を抑制する圧力差抑制部を有する
ことを特徴とする電気的接続装置。 - 前記圧力差抑制部が、前記複数の接触子を設けた前記基板部材の前記一方の端部を含む前記基板部材の一部分であることを特徴とする請求項1に記載の電気的接続装置。
- 前記基板部材上に固定ブロックを設け、
前記圧力差抑制部が、前記基板部材の前記一方の端部から前記固定ブロックの一方の端部までの前記基板部材の一部分であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気的接続装置。 - 前記圧力差抑制部が、前記接触子の接触荷重の反力方向の力を受け、前記基板部材の長手方向の軸回りの変形により、前記接触子間の圧力差を抑制することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の電気的接続装置。
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JP2021162860A JP2023053677A (ja) | 2021-10-01 | 2021-10-01 | 電気的接続装置 |
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