JP3791689B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は測定対象の電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブカードに関する。

この種のプローブカードとしては、基板と、この基板に取り付けられた湾曲部を有するプローブとを備えるものがある( 特許文献１参照) 。このプローブカードは、プローブの先端部を測定対象の電極に接触させてオーバードライブを行い、当該プローブの湾曲部を湾曲させることにより、測定に必要な測定対象の電極との所定の接触圧を得ると共に、プローブの先端部を測定対象の電極の面上を滑らせ、当該面上に付着した酸化膜を剥がして測定対象の電極との安定した接触を図っている。
特開２００３−２１５１６３号公報

ところが、前記プローブを測定対象の高集積化に伴って狭ピッチ間隔で配設すると、プローブの湾曲部が隣りのプローブに接触する可能性がある。このため、プローブを狭ピッチ間隔で配設することが困難であった。

もっとも、直線状のプローブを用いれば、当該プローブを狭ピッチ間隔で配設することは容易になるが、直線状のプローブは、その構造上、湾曲部を有するプローブの如くオーバードライブの負荷を逃がすことができない。そのため、直線状のプローブは壊れ易く、且つ測定に必要な接触圧を得ることが困難である。しかも測定対象の電極の面上を横方向に滑らせて当該電極の面上の酸化膜を剥がすことも困難であることから、プローブと測定対象の電極との安定した接触を図ることが困難であった。

また、プローブを狭ピッチ間隔で配設すると、当該プローブと電気的に接続される基板上の電極及び配線パターンが非常に混雑し、その配設が困難になる。この点でもプローブを狭ピッチ間隔で配設することを困難にしている。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、測定対象の電極と安定した接触を図ることができ、且つ測定対象の高集積化に対応してプローブを狭ピッチ間隔で配設することができるプローブカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、直線状の複数のプローブと、このプローブが移動自在に挿入される複数のガイド孔が形成されており且つ当該ガイド孔の長さ寸法が前記プローブの長さ寸法よりも短い絶縁性を有するガイド基板と、前記ガイド基板の上方に対向配置されており且つ互いに接触しないように間隔を空けて上下に並べられた絶縁性を有する複数のシート部材とを具備しており、前記シート部材の各々の面上には電極パッドが設けられており、一部のプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が複数のシート部材のうち最下に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっており、残りのプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が前記シート部材又はこれを含む他のシート部材を貫通し、当該シート部材より上側に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっていることを特徴としている。

前記プローブの後端部は先鋭化されていることが好ましい。また、前記シート部材はメッシュ状又は繊維状の液晶ポリマー又はシリコンフィルムであることが好ましい。

前記ガイド基板の内部には、配線パターンが設けられており、この配線パターンは前記ガイド孔に導かれ、且つ前記プローブに接触可能になっている。

複数の前記ガイド基板を有する場合には、これらのガイド基板は積み重ねられている。

前記ガイド基板のガイド孔は鉛直方向に対して斜め方向に向けて形成されていることが好ましい。

本発明の請求項１に係るプローブカードによる場合、プローブの先端部が測定対象の電極に接触すると、当該プローブがガイド孔内を移動する。すると、当該プローブのうち一部のプローブの後端部が最下に位置するシート部材の電極パッドに当接する一方、残りのプローブの後端部が前記シート部材又はこれを含む他のシート部材を貫通して当該シート部材より上側に位置するシート部材の電極パッドに当接するようになっている。このため、直線状のプローブを用いてオーバードライブを行ったとしても、プローブが電極パッドに当接することによるシート部材の撓みやプローブがシート部材を貫通することにより、当該オーバードライブによる負荷を吸収することができると共に、測定対象の電極との所定の接触圧を確保することができる。即ち、直線状のプローブを用いて測定対象の電極との安定した接触を図ることができるので、当該プローブを狭ピッチ間隔で配設することができ、その結果として測定対象の高集積化に対応することができる。しかも、シート部材の各々の面上に電極バッドを分散して設けるようにしたので、プローブの狭ピッチ間隔の配設に伴って、電極バッド及びこれに伴う配線パターンの混雑を防止することができる。この点でもプローブを狭ピッチ間隔で配設することが容易になり、測定対象の高集積化への対応を図ることができる。

本発明の請求項２に係るプローブカードによる場合、プローブの後端部が先鋭化されているので、シート部材に刺さり易くなる。従って、請求項１の効果を得る上でメリットがある。

本発明の請求項３に係るプローブカードによる場合、シート部材はメッシュ状又は繊維状の液晶ポリマー又はシリコンフィルムである。よって、プローブの後端部が刺さり易くなるので、請求項１の効果を得る上でメリットがある。

本発明の請求項４に係るプローブカードによる場合、ガイド基板の内部に配線パターンを設けるようにしたので、プローブの狭ピッチ間隔の配設に伴って、従来例のごとく電極バッド及びこれに伴う配線パターンが混雑し、その配設が困難になるというようなことがない。よって、プローブを狭ピッチ間隔で配設することが容易になり、測定対象の高集積化への対応を図ることができる。

本発明の請求項５に係るプローブカードによる場合、複数のガイド基板を用いたとしても上記の効果を得ることができる。

本発明の請求項６に係るプローブカードによる場合、ガイド孔が鉛直方向に対して斜めに形成されているので、当該ガイド孔に挿入されるプローブは斜めに傾いた状態になる。このため、前記プローブの先端部は測定対象の電極に対して斜めに接触し、当該電極上を横方向に滑る。これにより前記電極上に付着した酸化膜を剥がすことができるので、さらに、測定対象の電極との安定した接触を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るプローブカードを図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るプローブカードの概略的断面図、図２は同プローブカードのα部分拡大図、図３は同プローブカードのガイド基板を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図、図４は同プローブカードの補強部材を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図、図５は同プローブカードのシート部材を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図である。

図１及び図２に示すプローブカードＡは、直線状の複数のプローブ１００と、このプローブ１００が移動自在に挿入される複数のガイド孔２１０が形成されたガイド基板２００と、ガイド基板２００の上方に配置されており且つ互いに接触しないように間隔を空けて上下に並べられた絶縁性を有する２枚のシート部材３０１、３０２とを具備している。以下、各部を詳しく説明する。

プローブ１００は、図１及び図２に示すように、円柱状又は帯状の導電性材料で構成される。このプローブ１００の長さ寸法は３００μｍ〜２０ｍｍであり、ガイド基板２００のガイド孔２１０に挿入された状態で、当該プローブ１００の先端部１１０、後端部１２０が当該ガイド孔２１０の下方側、上方側からそれぞれ突出するようになっている。このプローブ１００は弾性樹脂１３０によりガイド基板２００の上面にガイド孔２１０に移動自在に取り付けられる。このようにしてプローブ１００の抜け止めがなされる。なお、プローブ１００はガイド孔２１０に挿入されることにより３０〜１００μｍのピッチ間隔で配設される。

プローブ１００の先端部１１０は測定対象Ｂの電極１０に接触可能な接触部である一方、後端部１２０はシート部材３０１、３０２の電極パッド３１０に当接可能な接続部である。このプローブ１００のうち、一部のプローブ１００は、その後端部１２０がシート部材３０１の電極パッド３１０に当接可能になっている。一方、残りのプローブ１００は、その後端部１２０がシート部材３０１を貫通し、シート部材３０２の電極パッド３１０に当接可能になっている。

ガイド基板２００については、図１及び図３に示すように、絶縁性を有するシリコン基板を使用する。このガイド基板２００の厚さ寸法は５００〜１２００μｍである。このガイド基板２００には、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）法による異方性エッチングによりガイド孔２１０が鉛直方向に対して斜めに且つ７０〜１００μｍのピッチ間隔で開設されている。このガイド孔２１０の形状はプローブ１００の形状に応じて適宜選定し、その径は当該プローブ１００の径よりも若干大きく構成される。また、ガイド孔２１０の長さ寸法はプローブ１００の長さ寸法よりも短く設定されている。なお、このガイド基板２００の上面の両端部及び中央部には後述する補強部材４００の支柱４１０が挿入されるネジ孔である取付穴２２０が設けられている。

ガイド基板２００の内部には、配線パターン２３０とこの配線パターン２３０と電気接続される図示しない回路素子が設けられている。この配線パターン２３０は、一端部がガイド孔２１０に導かれて当該ガイド孔２１０から露出し、これにより配線パターン２３０はプローブ１００に接触可能になっている一方、他端部がガイド基板２００の面上に設けられた図示しない外部電極に接続されている。即ち、前記外部電極を通じて図外の電源に電気接続されているのである。

前記回路素子はプローブを用いて電気測定を行う上で必要な素子であって、ここではいわゆるパスコンとして機能するコンデンサと、テスト( 即ち、測定対象Ｂの電気的諸特性の測定) を補助するＢＯＳＴ（Ｂｕｉｌｄ ｏｕｔ ｓｅｌｆ ｔｅｓｔ) としての機能を有する回路素子とが用いられている。コンデンサについては高周波特性の改善を図る役割を担っている。ＢＯＳＴとしての機能を有する回路素子については測定対象Ｂのテスト内容によってその役割が変わるものである。

補強部材４００は、図１及び図４に示すように、ガイド基板２００の取付穴２２０に挿入されて取り付けられる支柱４１０と、この支柱４１０に支持される枠体４２０とを有する構成となっている。支柱４１０には、図２に示すように、複数のシート部材３０１、３０２が互いに接触しないように積層した状態で各々取り付けられる。このようにしてシート部材３０１、３０２がガイド基板２００の上方に配置されるのである。

枠体４２０はシリコン製のガイド基板２００と熱膨張係数が近いモリブデン等で構成されている。これにより、測定対象Ｂの熱膨張とマッチングを図っている。

シート部材３０１、３０２については、図２及び図５に示すように、プローブ１００が貫通し得る大きさの編み目を有するメッシュ状又は繊維状の液晶ポリマー( ＬＣＰ−Ｍｅｓｈ）を使用する。このシート部材３０１、３０２の各々の面上には、プローブ１００の後端部１２０が当接する電極パッド３１０と、この電極バッド３１０と外部電極３２０とを電気接続する配線パターン３３０とが設けられている。即ち、一部のプローブ１００については、その後端部１２０がシート部材３０１の電極パッド３１０に当接した状態で、外部電極３２０と配線パターン３３０を通じて電気的に接続される。残りのプローブ１００については、その後端部１２０がシート部材３０１を貫通してシート部材３０２の電極パッド３１０に当接した状態で、外部電極３２０と配線パターン３３０を通じて電気的に接続される。このように電極パッド３１０をシート部材３０１、３０２に分散して設けることで、プローブ１００の狭ピッチ間隔の配設に伴って密集する配線パターン３３０の配設が可能になる。なお、外部電極３２０は前記測定装置と電気接続される。

このようなプローブカードＡは次のようにして組み立てられる。まず、プローブ１００をガイド基板２００のガイド孔２１０に挿入し、弾性樹脂１３０によってガイド基板２００に取り付ける。すると、プローブ１００が図１に示すように鉛直方向に対して斜めに傾いた状態になる。その後、取付穴２２０に支柱４１０をを挿入して取り付ける。そして、支柱４１０に２枚のシート部材３００を互いに接触しないように上下に並べて取り付け、ガイド基板２００に対向配置する。そして、支柱４１０に枠体４２０を取り付ける。

このように構成されたプローブカードＡは測定装置のプローバに枠体４２０が装着され、測定対象Ｂの電気的諸特性を測定するのに使用される。以下、その使用方法について詳しく説明する。

まず、プローバの駆動装置を動作させ、ガイド基板２００と測定対象Ｂとを相対的に近接させる。これによりプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０が接触する。その後、さらにガイド基板２００と測定対象Ｂとを近接させ、プローブ１００の先端部１１０を測定対象Ｂの電極１０に押圧させる( 即ち、オーバードライブを行う) 。

その過程で、一部のプローブ１００はガイド基板２００のガイド孔２１０を移動し、当該プローブ１００の後端部１２０がシート部材３０１の電極パッド３１０に当接する。一方、残りのプローブ１００はガイド基板２００のガイド孔２１０を移動し、当該プローブ１００の後端部１２０がシート部材３０１を貫通し、シート部材３０２の電極パッド３１０に当接する。これによりオーバードライブによる衝撃が吸収されると共に、プローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との所定の接触圧が確保される。このとき、プローブの先端部１１０は測定対象Ｂの電極１０の面上に対して斜めに接触し、当該面上に付着した酸化膜を剥がしながら横方向に滑る。これによりプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との安定した接触が確保される。そして、測定装置により測定対象Ｂの測定が行われる。

このようなプローブカードＡによる場合、直線状のプローブ１００を用いたにもかかわらず、上述したように、プローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との所定の接触圧を確保することができると共に、測定対象Ｂの電極１０の面上に付着する酸化膜を剥がしてプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との安定した接触を確保することができる。即ち、狭ピッチ間隔で配設し易い直線状のプローブを使用することができるので、その結果として測定対象の高集積化に対応することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るプローブカードを図面を参照しながら説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係るプローブカードの概略的断面図、図７は同プローブカードのプローブの取付工程を示す概略的断面図である。

図６に示すプローブカードＡ’は、プローブカードＡとほぼ同様の構成となっている。このプローブカードＡ’がプローブカードＡと異なる点は、ガイド基板２００の代わりに上側ガイド基板５００及び下側ガイド基板６００を使用している点である。従って、異なる点について以下に詳しく説明し、重複する部分については説明を省略する。なお、同一部材の符号については実施例１と同じものを使用する。

上側ガイド基板５００についてはガイド基板２００と同様のシリコン基板を使用する。この上側ガイド基板５００がガイド基板２００と異なる点は、その厚さ寸法が１００〜６ｍｍであり、ガイド基板２００の厚さ寸法と比べて薄いことにある。よって、この上側ガイド基板５００の内部には、配線パターンや回路素子などが設けられていない。また、上側ガイド基板５００の上側ガイド孔５１０は７０〜１００μｍのピッチ間隔で鉛直方向に向けて開設されている。この上側ガイド基板５００の上面の両端部及び中央部には補強部材４００の支柱４１０が挿入される貫通したネジ孔である取付孔５２０が設けられている。なお、プローブ１００は、弾性樹脂１３０によって上側ガイド基板５００の上面にガイド孔５１０及びガイド孔６１０に移動自在に取り付けられる。

下側ガイド基板６００については上側ガイド基板５００とほぼ同じシリコン基板を使用している。下側ガイド基板６００が上側ガイド基板５００と異なる点は、取付穴６２０が貫通孔でなく有底のネジ穴であることと、図７に示すように、取付穴６２０が上側ガイド基板５００の上側ガイド孔５１０と鉛直線上から位置ずれした位置に設けられていることにある。

このようなプローブカードＡ’は次のようにして組み立てられる。まず、図７に示すように、上側ガイド基板５００と下側ガイド基板６００とを対向させる。このとき、上側ガイド孔５１０と下側ガイド孔６１０とが鉛直線上に位置するようになっている。その後、プローブ１００を上側ガイド孔５１０及び下側ガイド孔６１０に挿入し、弾性樹脂１３０で上側ガイド基板５００に取り付ける。そして、上側ガイド基板５００を図７の矢印の方向( 図の右方向) に水平移動させる一方、下側ガイド基板６００を図７の矢印の方向( 図の左方向) に水平移動させる。その後、取付孔５２０と取付穴６２０とが鉛直線上に配置される位置まで移動させる。すると、プローブ１００が図６に示すように鉛直方向に対して斜めに傾いた状態になる。その後、支柱４１０を取付孔５２０及び取付穴６２０に挿入する。そして、支柱４１０に２枚のシート部材３００を互いに接触しないように上下に並べて取り付け、上側ガイド基板５００に対向配置する。そして、支柱４１０に枠体４２０を取り付ける。

このようにして組み立てられたプローブカードＡ’は測定装置のプローバに枠体４２０が装着され、測定対象Ｂの電気的諸特性を測定するのに使用される。以下、その使用方法について詳しく説明する。

まず、プローバの駆動装置を動作させ、ガイド基板２００と測定対象Ｂとを相対的に近接させる。これによりプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０が接触する。その後、さらにガイド基板２００と測定対象Ｂとを近接させ、プローブ１００の先端部１１０を測定対象Ｂの電極１０に押圧させる( 即ち、オーバードライブを行う) 。

その過程で、一部のプローブ１００は上側ガイド基板５００の上側ガイド孔５１０及び下側ガイド基板６００の下側ガイド孔６１０を移動し、当該プローブ１００の後端部１２０がシート部材３０１の電極パッド３１０に当接する。一方、残りのプローブ１００は上側ガイド基板５００の上側ガイド孔５１０及び下側ガイド基板６００の下側ガイド孔６１０を移動し、当該プローブ１００の後端部１２０がシート部材３０１を貫通し、シート部材３０２の電極パッド３１０に当接する。これによりオーバードライブによる衝撃が吸収されると共に、プローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との所定の接触圧が確保される。このとき、プローブの先端部１１０は測定対象Ｂの電極１０の面上に対して斜めに接触し、当該面上に付着した酸化膜を剥がしながら横方向に滑る。これによりプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との安定した接触が確保される。そして、測定装置により測定対象Ｂの測定が行われる。

このようなプローブカードＡ’による場合、直線状のプローブ１００を用いたにもかかわらず、上述したように、プローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との所定の接触圧を確保することができると共に、測定対象Ｂの電極１０の面上に付着する酸化膜を剥がしてプローブ１００の先端部１１０と測定対象Ｂの電極１０との安定した接触を確保することができる。即ち、狭ピッチ間隔で配設し易い直線状のプローブを使用することができるので、その結果として測定対象の高集積化に対応することができる。

プローブカードＡ及びＡ’については、直線状の複数のプローブと、このプローブが移動自在に挿入される複数のガイド孔が形成されており且つ当該ガイド孔の長さ寸法が前記プローブの長さ寸法よりも短い絶縁性を有するガイド基板と、前記ガイド基板の上方に対向配置されており且つ互いに接触しないように間隔を空けて上下に並べられた絶縁性を有する複数のシート部材とを具備しており、前記シート部材の各々の面上には電極パッドが設けられており、一部のプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が複数のシート部材のうち最下に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっており、残りのプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が前記シート部材又はこれを含む他のシート部材を貫通し、当該シート部材より上側に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっている限りどのような設計変形を行ってもかまわない。

従って、プローブ１００については円柱状又は帯状であるとしたが、直線状である限りその形状は任意である。また、プローブ１００の抜け止め防止手段として弾性樹脂１３０を用いるとしたが同様の機能を実現できるものであればどのようなものを用いてもかまわない。

ガイド基板２００についてはシリコン基板であるとしたが、これに限定されることない。また、ガイド孔２１０が鉛直方向に対して斜めに形成されているとしたが、鉛直方向に向けて形成されていても良い。さらに、ガイド基板２００の内部には、配線パターン２３０及び回路素子が設けられているとしたが設けるは否かは任意である。なお、配線パターン２３０はテスト信号を送受信するラインとして用いることも当然可能である。この場合、電極パッド３１０は単なる受け止め部材とすることができる。

上側ガイド基板５００及び下側ガイド基板６００についても、シリコン基板を用いる必要はなく、同様の機能を実現できるものであれば、他の基板を用いることができる。また、上側ガイド基板５００及び下側ガイド基板６００の内部には、配線パターンが設けられていないとしたが、所定以上の厚みがあれば設けることは当然可能である。なお、実施例２においては、上側ガイド基板５００及び下側ガイド基板６００の２枚のガイド基板として説明したが、３以上のガイド基板を上下に並べて使用することが可能であることは言うまでもない。

上側ガイド孔５１０及び下側ガイド孔６１０は鉛直方向に向けて形成されているとしたが、ガイド孔２１０と同様に鉛直方向に対して斜めに形成することも当然可能である。

シート部材３００は、メッシュ状又は繊維状の液晶ポリマーであるとしたが、これに限定されることなく、同様の機能を実現できるものであればどのようなものを用いてもかまわない。例えば、シリコンフィルム等を用いることができる。この場合、プローブ１００の後端部１２０は先鋭化されていることがことが好ましい。また、シート部材３００は２枚としたが、３以上のシート部材互いに接触しないように積み重ねて使用することが可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係るプローブカードの概略的断面図である。 同プローブカードのα部分拡大図である。 同プローブカードのガイド基板を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図である。 同プローブカードの補強部材を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図である。 同プローブカードのシート部材を示す図であって、( ａ) が概略的平面図、( ｂ) が概略的断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプローブカードの概略的断面図である。 同プローブカードのプローブの取付工程を示す概略的断面図である。

符号の説明

Ａ Ａ’ プローブカード
１００ プローブ
２００ ガイド基板
２１０ ガイド孔
３０１、３０２ シート部材
３１０ 電極パッド
５００ 上側ガイド基板
５１０ 上側ガイド孔
６００ 下側ガイド基板
５１０ 下側ガイド孔
Ｂ 測定対象
１０ 電極

Claims (6)

1. 直線状の複数のプローブと、このプローブが移動自在に挿入される複数のガイド孔が形成されており且つ当該ガイド孔の長さ寸法が前記プローブの長さ寸法よりも短い絶縁性を有するガイド基板と、前記ガイド基板の上方に対向配置されており且つ互いに接触しないように間隔を空けて上下に並べられた絶縁性を有する複数のシート部材とを具備しており、前記シート部材の各々の面上には電極パッドが設けられており、一部のプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が複数のシート部材のうち最下に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっており、残りのプローブは、前記ガイド孔の上方側から突出する後端部が前記シート部材又はこれを含む他のシート部材を貫通し、当該シート部材より上側に位置するシート部材の電極パッドに当接可能になっていることを特徴とするプローブカード。
2. 請求項１記載のプローブカードにおいて、前記プローブの後端部は先鋭化されていることを特徴とするプローブカード。
3. 請求項１記載のプローブカードにおいて、前記シート部材は、メッシュ状又は繊維状の液晶ポリマー又はシリコンフィルムであることを特徴とするプローブカード。
4. 請求項１記載のプローブカードにおいて、前記ガイド基板の内部には、配線パターンが設けられており、この配線パターンは前記ガイド孔に導かれ、且つ前記プローブに接触可能になっていることを特徴とするプローブカード。
5. 請求項１記載のプローブカードにおいて、複数の前記ガイド基板を有しており、このガイド基板は積み重ねられていることを特徴とすることを特徴とするプローブカード。
6. 請求項１又は５記載のプローブカードにおいて、前記ガイド基板のガイド孔は鉛直方向に対して斜めに形成されていることを特徴とするプローブカード。

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