JP2568046B2 - バックリングビームテストプローブアセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はデバイスの電気試験用の
テストプロ−ブアセンブリに関する。更に詳細には、本
発明は、非常に高い接点密度を有するＩＣ、即ち試験さ
れる接点が非常に多数あるＩＣ、を試験するためのバッ
クリングビ−ム型のテストプロ−ブアセンブリに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】今日、ウェハレベルの電気試験のため
に、いわゆるニ−ドル（針）カ−ド又はメンブレン膜カ
−ドが主として使用される。ニ−ドルカ−ドは、接触さ
れるＩＣ上の試験点に対応して放射状に配列された多数
の弾性ニ−ドルから成る。ＩＣ上での接触はこれらのニ
−ドルによって行われる。ＩＣパッドのそれぞれの接点
パタ−ンごとに、カ−ドは別々に製造されなければなら
ない。ニ−ドルの数に応じて、異なる設計が必要であ
る。例えばデバイスを試験するために約３００本のニ−
ドルを使用する必要がある場合、１つのリングには特定
数のニ−ドルしか配列できないので、これらのニ−ドル
を最大３つのレベルに配列することが必要である。ニ−
ドルを三次元方向に調整するためには、約５μｍのニ−
ドル先端部の高精度のため、多くの手動操作を必要とす
る。更に、ニ−ドルは、比較的短距離のスパーンだけ機
械的に案内されるで、損傷及び調整不良に関して非常に
敏感である。新しいＩＣ世代に要求される接点密度及び
接触量の増大は、ニ−ドルカ−ドの使用をより一層制限
する。試験カ−ドの全領域を接触ニ−ドルでカバ−する
ことは不可能である。現在開発されているいわゆるメン
ブレンカ−ドについても同じことが当てはまる。非常に
密な接点パッド配列を有するＩＣを造り出すことは可能
だが、このようなＩＣを試験するための適切なシステム
は現時点では存在しない。１９８０年代の終わり頃か
ら、バックリング(buckling)ビ−ムテストプロ−ブアセ
ンブリの開発が行われている。欧州特許第１６５３３号
には、試験システムと被試験デバイスの接点パッドとを
電気接続するための接触プロ−ブ構成が記載されてい
る。ここでは、電気伝導性の高い弾性材料のワイヤが接
触プロ−ブとして使用される。これらの接触プロ−ブは
被試験デバイスの接点パッド上へ配置され、低い接触抵
抗を達成するために軸方向応力下に置かれ、プロ−ブは
横方向にバックリングする（曲がる）。この横方向のバ
ックリングは、被試験デバイス表面上のおうとつに対し
も良好に接触するための手段を提供するので都合がよ
い。バックリング接触プロ−ブは、種々の高さの接点パ
ッドに適合する。米国特許第４、８４３、３１５号は、
複数の接触プロ−ブが延出する積層された穿孔プレ−ト
を含む接触プロ−ブ構成を開示する。積層された穿孔プ
レ−トは２種類のプレ−トから成る。第１種類のプレ−
トは、被試験デバイスの接触パッド上へ接触プロ−ブを
垂直に配列できるようにする円形又は正方形の孔を有す
る。第２種類のプレ−トは、楕円形、矩形、正方形、円
形、長円形又は台形の孔を有する。これら第２種類のプ
レ−トに関しては、軸方向応力がかけられた場合に最大
バックリングを規制する孔の壁の一部よりも遠くへ接触
プロ−ブがバックリングできないように互いに整合され
た隣接プレ−トに対して１つおきのプレ−トがオフセッ
トされる。しかしながら、ニ−ドルカ−ドもバックリン
グビ−ム接触プロ−ブ構成も、約１８０μｍピッチ未満
の非常に密な接点パッド配列に個別に接触するという問
題、従って接触プロ−ブの非常に正確に位置決めすると
いう問題、並びに、純粋な電気試験と同時にバ−ンイン
プロセスを実行する可能性の問題を解決しない。更に、
既知のアセンブリは、ワイピング作用の制御が容易では
なく、調整不良の影響を受け易く、且つ損傷を蒙り易い
欠点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、最小
限の調整手段を利用して接触プロ−ブのワイピング量を
制御している高接点密度デバイスの試験に適したバック
リングビ−ム型のテストプロ−ブアセンブリを提供する
ことである。本明細書中、「ワイピング」とは、弾性材
料の接触プロ−ブの上端部に相対的に加えられる軸方向
の押圧力の増加に従って、接点パッドの表面に接触中の
接触プロ−ブの下部先端が接点パッド表面上を擦りなが
ら軸方向とは交差する方向、即ち横方向、に変位して接
点表面を払拭する動作を意味し、機械的な電気スイッチ
乃至電気接点分野における通常の意義である。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明のバック
リングビ−ムテストプロ−ブアセンブリは次の構成を有
する。高導電材料の複数本の心線状ファイバ、各ファイ
バの下部先端を露出しそれらの残部を一体に被覆してい
る弾性金属材料のコア、及び該コアの外周を一体に被覆
している高導電材料の外装より構成されている複合材料
の複数本の導電性接触プロ−ブと、前記各接触プロ−ブ
を、各々、自由に嵌挿できる寸法の複数の貫通孔が所定
位置に穿設されている複数枚の穿孔プレ−トを相互に横
方向に変位させて積み重ねた穿孔プレ−ト積層体と、前
記穿孔プレ−ト積層体の下方に配置され、前記各貫通孔
を嵌挿して下方に延出している前記各接触プロ−ブの下
部を自由に嵌挿できる寸法の上部及び下部の各案内チャ
ネルを有する絶縁材料又は半導体材料のストリッパプレ
−トと、より成るバックリングビ−ムテストプロ−ブア
センブリであって、前記下部案内チャネルは、上部案内
チャネルに関して、所定寸法だけ横方向に変位して配置
されており、前記接触プロ−ブに印加される軸方向の押
圧力により前記接触プロ−ブの前記先端が前記所定寸法
及び前記案内チャネルの内径に依存した距離だけ横方向
に変位してワイピングを行なうことを特徴とするバック
リングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。本発明に従う
テストプロ−ブは、より小さい位置関係、即ちより密に
離間された（１００μｍ以下）接触−パッドパタ−ンを
接触及び試験できるようにする。本発明の更なる利点
は、アセンブリが周辺部だけでなくＩＣの全領域を接触
できることである。また更に、高級技術水準のアセンブ
リと比較して、より高い信号伝送速度が達成される。本
発明に従うテストプロ−ブアセンブリの更にもう１つの
利点は、比較的頑丈であり、且つ調整不良及び損傷に対
して敏感でないということである。

【０００５】

【実施例】本発明に従うテストプロ−ブアセンブリは既
知のバックリングビ−ム原理に基づく。図１を参照する
と、本発明のバックリングビ−ムテストプロ−ブアセン
ブリは、穿孔プレ−トの積層体と、その下方に配置され
た案内チャネルを有するストリッパプレ−ト３と、これ
らの穿孔及びチャネルを貫通する接触プロ−ブ４から成
る。穿孔プレ−トは高温安定性のポリマ材料（例えば、
ＶＥＳＰＥＬR 、ＤＥＬＲＩＮR ）から製造される。ス
トリッパプレ−ト３もポリマ材料で製造されることがで
きるが、好ましくはシリコン材料から製造される。ＩＣ
パッド２（図２及び図３）を試験する場合、試験の質を
高めるためにより高い動作温度にＩＣが加熱される。ス
トリッパプレ−ト３がシリコン材料であると、熱が加え
られた場合にＩＣ（通常、シリコン材料である）と同じ
だけ膨脹する。従って、熱膨張係数の不一致のために接
触プロ−ブ４が試験中に接触中の接点から外れることが
なくなる。更に、接触プロ−ブ４のより一層正確な位置
決めが可能である。何故なら、シリコン材料を使用する
場合に達成され得る典型的な最高精度は２μｍ未満であ
るが、ポリマが使用される場合にはその値は約１０μｍ
であるからである。勿論、異なる熱膨張係数が重要な役
割を果たさないような範囲で温度が加えられる場合や、
精度があまり高くなくてもよい場合には、ストリッパプ
レ−トはシリコンではなくポリマ材料（ＶＥＳＰＥＬR
、ＤＥＬＲＩＮR ）でもよい。接触プロ−ブ４はそれ
ぞれの先端部まで機械的に直接案内されるので、接触ア
センブリは非常に頑丈であり損傷または調整不良に対し
て敏感ではない。既知のバックリングビ−ムプロ−ブと
対照的に、本発明に従う接触プロ−ブ４は、試験の際
に、ストリッパプレ−ト３の全底面がデバイス表面上に
載置され支持されてはいない。支持は、ＩＣパッド２と
同一配列に接触プロ−ブ４と同じ高さで配置された隔離
体（stand-off)５（図２）を介して分散位置においてな
される。ＩＣと接触する際、ストリッパプレ−ト３と接
触プロ−ブ４自身との間で軸方向の動作は全く発生しな
い。従って、接触プロ−ブの摩擦及びそれに続く破片の
発生が少しも起こらず、非常に敏感なＩＣは汚染されな
い。

【０００６】デバイスと確実に接触するためには、通
常、空気中にＩＣパッド表面上に形成されている酸化物
薄膜を貫通して接点金属面に接触することが重要であ
る。しかしながら、従来のバックリングビ−ムプロ−ブ
は、従来の片持ばりニ−ドルカ−ドと比べて比較的高い
押圧力を必要としていた。片持ばりニ−ドルカ−ドを使
用する場合、パッド表面上の酸化物薄膜中の貫通は、ニ
−ドルによるスクラッビング作用、即ちワイピング作
用、によって達成される。従って、接触ニ−ドルは接触
の際接点パッド表面上を擦り、酸化物を払拭する。しか
しながら、ニ−ドルの長さがそれぞれ異なるため、ワイ
ピング量は各ニ−ドル毎に異なる。個々の制御が不可能
なので、この結果、試験中に電気的短絡が起こり得る。
更に、ワイピング距離は接触方向、即ち押し付け方向、
におけるニ−ドルカ−ドの給送量次第であり、最大量を
越えるとパッドが損傷されたり、又はニ−ドルが接触パ
ッドから外れることになる。本発明に従うテストプロ−
ブアセンブリでは、ニ−ドルカ−ドワイピング原理と対
照的に、正確に制御可能なワイピングが達成される。こ
れは、ストリッパプレ−ト３内に形成された接触プロ−
ブ案内チャネルの特別な形状により達成される。ストリ
ッパプレ−ト３の案内チャネルは最下部のセクション１
５においてそのすぐ上のセクション１４に関して横方向
にオフセット、即ち変位、される。軸方向の押し付け力
の増加によりプロ−ブの下端は、接点を擦りながら、前
記のオフセットにより規定され許容される量だけ横方向
に変位される。この変位によってワイピングが生じ、こ
れにより絶縁酸化物層を払拭する。接触プロ−ブ案内チ
ャネルの寸法を適切に選択することによってこの変位
（図１のｗ）を予測することができ、テストプロ−ブア
センブリの軸方向の押し下げ距離に依存しない。ストリ
ッパプレ−ト中の案内チャネルの典型的なオフセット寸
法は５μｍ乃至１０μｍである。

【０００７】次に、図３及び図４を参照して接触プロ−
ブ４の構造について説明する。包括的に言えば、接触プ
ロ−ブ４は、バックリングビ−ムとして作用する弾性コ
ア７、その内部に埋設されている心線状のファイバ８及
びコア７を被覆する外装９から構成されている。コア７
は、実際の弾性バックリングビ−ムを構成し、所望の弾
性特性を呈するためにＣｕ−Ｂｅ材料であるのが好まし
い。このコアの内部には、高電導性の心線として複数
（好ましくは７本）のＡｇ−Ｐｄ材料のファイバ８が埋
入されている。これらのファイバ８は接触プロ−ブ４の
接触特性を改良する。これらのファイバの先端はコアの
先端から僅かに突出し、露出したニ−ドル状のプロ−ブ
先端を形成する（図４）。樹枝状結晶と同様の結晶構造
に形成されたファイバは、その堅さ及び形状のため、Ｉ
Ｃの接点の酸化物を、Ｃｕ−Ｂｅ材料のコアの先端領域
よりも、はるかに容易に貫通し払拭することができる。
ファイバは、直径２〜１０μｍであるのが好ましい。プ
ロ−ブ４に加わる押圧力はＡｇ−Ｐｄ材料のファイバ８
上に集中されるので、所望の接触特性が得られ、ＩＣパ
ッド接点への損傷が徹底的に低減される。高電導性材料
（好ましくは、Ｃｕ又はＡｇ）から成る外装９がコアの
まわりを被覆しているため電流搬送断面が拡大され、接
触プロ−ブ全体のオ−ム抵抗が減少する。外装９は、エ
ッチングストップ層として働くニッケル薄層１０により
Ｃｕ−Ｂｅ材料のコア７から分離される。この外装９
は、穿孔プレ−ト１の領域１２内でニッケル薄層１０ま
でエッチングにより剥離され、これらのプレ−トの背後
で領域１３に保持される。この設計は、Ａｇ−Ｐｄ材料
の心線ワイヤの微小断面のため、接触プローブ先端部の
非常に密な配列を可能にする。接触プロ−ブ全体はポリ
イミド絶縁層１１により絶縁される。

【０００８】本発明により提案されたシステムにより、
非常に高い（ＧＨZ 範囲内）試験信号速度及び周波数が
それぞれ可能になる。本発明に従うテストプロ−ブアセ
ンブリは、所定領域（即ち、２０×２０ｍｍ）内でプロ
−ブの全配列をそれぞれの区画に収容する能力と共に設
計される。配列の典型的な間隔は約１００μｍである。
これにより、４０，０００個の接触が可能になる。しか
しながら、それぞれのＩＣを試験するのに必要な区画の
みが、プロ−ブで占有される。この原理は図５及び図６
に示される。理論上は、２０×２０ｍｍのサイズを有
し、４０，０００個の接触パッドを含むＩＣを試験する
ことができる。現在、この値の約１／２０の密度を有す
るＩＣのみが製造されるので、２０番目ごとの区画のみ
が占有されなければならない。区画を占有する場合、試
験されるパッド中心に最も近くにあるものが選択される
（図５）。従って、全てのＩＣに対して基本的にただ１
つのタイプのテストアセンブリが製造されなければなら
ない。このテストプロ−ブアセンブリはそれぞれの占有
により「個別化」される。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のテストプ
ロ−ブアセンブリにより、被試験デバイスの接点密度を
実質的に増大することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うテストプローブアセンブリの略図
である。

【図２】被試験デバイス上での隔離体によるテストプロ
ーブアセンブリの支持を示す図である。

【図３】本発明に従う典型的な接触プローブの断面図で
ある。

【図４】図３の典型的な接触プローブのより詳細な図で
ある。

【図５】特別のデバイスを試験するために必要とされる
特定区画が占有された占有図である。

【図６】本発明に従う完成アセンブリの平面図である。

【符号の説明】

１ 上部プレート ２ ＩＣパッド ３ ストリッパプレート ４ 接触プローブ ５ 隔離体 ７ コア ８ ファイバ ９ 外装 １０ ニッケル薄層 １１ ポリイミド絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルンド マルクアルト ドイツ連邦共和国、71093 ヴァイル イム ショーエンブーク、シラーストラ ーセ 32 (72)発明者 ロランド アール． ストエー ドイツ連邦共和国、71145 ヌフリンゲ ン、クニービーズヴェク ２ (56)参考文献 特開 昭63−255671（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281165（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高導電材料の複数本の心線状ファイバ、各
   ファイバの下部先端を露出しそれらの残部を一体に被覆
   している弾性金属材料のコア、及び該コアの外周を一体
   に被覆している高導電材料の外装より構成されている複
   合材料の複数本の導電性接触プロ−ブと、 前記各接触プロ−ブを、各々、自由に嵌挿できる寸法の
   複数の貫通孔が所定位置に穿設されている複数枚の穿孔
   プレ−トを相互に横方向に変位させて積み重ねた穿孔プ
   レ−ト積層体と、 前記穿孔プレ−ト積層体の下方に配置され、前記各貫通
   孔を嵌挿して下方に延出している前記各接触プロ−ブの
   下部を自由に嵌挿できる寸法の上部及び下部の各案内チ
   ャネルを有する絶縁材料又は半導体材料のストリッパプ
   レ−トと、 より成るバックリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ
   であって、 前記下部案内チャネルは、上部案内チャネルに関して、
   所定寸法だけ横方向に変位して配置されており、前記接
   触プロ−ブに相対的に印加される軸方向の押圧力の増加
   により前記接触プロ−ブの前記先端が試験対象接点の表
   面上を擦りながら前記所定寸法及び前記案内チャネルの
   内径に依存した距離だけ横方向に変位することによりワ
   イピングを行なうことを特徴とするバックリングビ−ム
   テストプロ−ブアセンブリ。
2. 【請求項２】前記ストリッパプレ−トは、上部案内チャ
   ネルを有する上板と下部案内チャネルを有する下板とを
   備え、前記下板は前記上板に関してオフセットされるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のバックリングビ−ムテ
   ストプロ−ブアセンブリ。
3. 【請求項３】前記穿孔プレ−ト及び前記ストリッパプレ
   −トはポリマ材料から製造されることを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載のバックリングビ−ムテストア
   センブリ。
4. 【請求項４】前記ストリッパプレ−トの材料がシリコン
   材料であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載のバックリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
5. 【請求項５】前記ストリッパプレ−トの前記上部及び下
   部案内チャネル内に位置している前記接触プロ−ブ下部
   は、そのコア外周の前記外装がエッチングより除去され
   ていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   バックリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
6. 【請求項６】前記コアの弾性材料がＣｕ−Ｂｅ合金であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバッ
   クリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
7. 【請求項７】前記接触プロ−ブの前記外装の材料が銅又
   は銀であることを特徴とする請求項１に記載のバックリ
   ングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
8. 【請求項８】前記コアがＡｇ−Ｐｄ材料から成る複数の
   心線ファイバを含むことを特徴とする請求項１に記載の
   バックリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
9. 【請求項９】前記コアはエッチング停止層により被覆さ
   れていることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載
   のバックリングビ−ムテストプロ−ブアセンブリ。
10. 【請求項１０】前記ストリッパプレートが被試験デバイ
    ス上に隔離体を介して支持されることを特徴とする請求
    項１に記載のバックリングビ−ムテストプロ−ブアセン
    ブリ。
11. 【請求項１１】前記隔離体は、被試験デバイスと同一配
    列に、接触プロ−ブと同一の高さで配置されることを特
    徴とする請求項１０に記載のバックリングビ−ムテスト
    プロ−ブアセンブリ。