JP2023053677A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の接触子からなる接触子群の先端と被検査体の電極とが接触する際に、各接触子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する。
【解決手段】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。
【選択図】 図１

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。

特開２００３－１５２０３６号公報

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。

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。 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。 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。 実施形態に係るプローブの構成を示す構成図である。 実施形態に係るプローブブロックの圧力差抑制部のシミュレーションモデルを説明する説明図である（その１）。 実施形態に係るプローブブロックの圧力差抑制部のシミュレーションモデルを説明する説明図である（その２）。 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。 実施形態に係る圧力差抑制部のシミュレーションにおいて条件値を変更するときのモデルを示す図である。 実施形態に係る圧力差抑制部のシミュレーションにより、最左ピンと最右ピンの変形差を解析した解析図である。 実施形態に係る圧力差抑制部のシミュレーションにより、最左ピンと最右ピンの針圧差を解析した解析図である。 実施形態に係る圧力差抑制部のシミュレーションにより、最左ピンと最右ピンの応力差を解析した解析図である。 フラットパネル上の半導体集積回路の検査に用いられるプローブユニットの一部構成を示す概略構成図である。 従来のプローブブロックの構成を示す構成図である。 被検査体の電極面とプローブ先端面とが相対的に傾いた状態で接触する様子を示す説明図である。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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