JPH0281452A - 配線基板用プローバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、配線基板用プローバに関し、例えＬｔ’Ｐ
ＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）の配線チエツクに用い
られる配線基板用プローバに利用して有効な技術に関す
るものである。

〔従来の技術〕

ゲートアレイ等のような大規模集積回路における高性能
化等からパッケージの多ピン化の要求が高まっている。

このような多ピン化を実現できるパッケージとしてＰＧ
Ａがある。ＰＧＡは、その底面に多数のピンが格子状に
配置され、上面側に半導体チップのマウント部及びボン
ディング用の電極が設けられる。このようなＰＧＡ技術
に関しては、例えば日経マグロウヒル社１９８６年９月
発行ｒ日経マイクロデバイスｊ頁６５〜頁８０がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにＰＧＡは、多数のピンとそれに接続される
配線を備えているため、上記半導体チップを搭載する前
に配線チエツクが必要になる。すなわち、配線基板に断
線があるとみすみす不良の大規模集積回路を形成するこ
とになってしまうからである。従来の一般的な配線基板
等における配線チエツクは、単に断線の有無を調べるも
のである。しかしながら、半導体集積回路の高速動作化
に伴い、配線基板における配線の信号伝播遅延時間が無
視できなくなり、規定の信号伝播特性を保証するために
上記断線の有無のみならず、配線抵抗そのものを正確に
測定することが必要になった。

それ故、従来のように単に断線の有無を調べるようなう
二端子測定方式では、測定結果にテスト用ケーブルの分
布抵抗等が含まれてしまうため正確な配線抵抗値の測定
が実質的に不能であるという問題がある。

この発明の目的は、高精度の配線抵抗値の測定を可能に
した配線基板用プローバを提供することにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。

すなわち、ＰＧＡ等の配線抵抗値の測定を行うために、
プローブボードの一対の平行に配置されたプローブ針を
用いて半導体チップ側の電極と接続させ、テストソケッ
トのピンの両側面にそれぞれ接触して電気的な接続を得
る一対の電極を用いてピンと接続させ、上記プローブボ
ードの一方のプローブ針とテストソケットの一方の電極
とを用いて電流供給を行い、他方のプローブ針と他方の
電極とを用いて電圧を測定する。

〔作　用〕

上記した手段によれば、電圧測定を高入力インピーダン
スの電圧計で行うことができるから、電流値及び電圧値
から正確な抵抗値を測定することができる。

〔実施例］ 第１図には、この発明に係る配線基板用プローパの一実
施例の要部概略断面図が示されている。

この実施例では、ＰＧＡ基板における配線抵抗を高密度
に測定するために、半導体チップの電極と接続される端
とピンとの接触をケルビンコンタクトを採るようにする
。すなわち、半導体チップの電極と接続される配線端に
は、プローブボードＰＢが用いられる。このプローブボ
ードＰＢは、上記のようなケルビンコンタクトを採るた
めに、１つの配線端に対して、一対のプローブ針が上下
に平行に配置された状態のままプローブの支持体に固定
され、その先端部で上記のような間隔を保持したまま約
垂直に折れ曲がってＰＧＡ基板の表面に形成された配線
端と接触するようにされる。

上記一対のプローブ針の他端は、プリント基板のそれぞ
れに配線と半田等により接続され、この基板配線を介し
て上面側に突き出たコネクタ用ピンＰと接続される。こ
のような構成のプローブボードＰＢは、上記一対のプロ
ーブ針を上下平行に配置するという構成を除き、公知の
半導体ウェハ用のプローブボードの構成をそのまま利用
することができるものである。このプローブボードＰＢ
は、マスターボードのコネクタに上記ピンＰが挿入され
ることによってプラグイン方式により装填される。この
マスターボードを介して上記各一対のプローブ針は、そ
れぞれ図示しない測定装置の電流源と電圧計とに接続さ
れる。

上記プローブボードＰＢを構成する配ｖＡ基板には、各
プローブ針の針合わせのための開口が設けられる。すな
わち、この開口を通して上部に設けられる盪像装置によ
りプローブ針の先端と、ＰＧＡ基板表面の配線パターン
を撮影し、その出力信号を用いてパターン認識等を行い
、それに基づきプローブ針の先端とそれに対応したＰＧ
Ａ基板の配線端との位置合わせを行う。

ＰＧＡ基板の底面に設けられた格子状に配置された多数
のピンＰとの接続を行うテストソケットＴＳは、各ピン
Ｐに対してケルビンコンタクトを行うために次のような
構成とされる。

一対の電極ｌと電極２は、テストソケットＴＳのピンＰ
の両側面に接触するよう構成される。これらの電極１と
電極２とは、電気的に分離されており、後述するような
ホルダーにより固定される。

上記のようにＰＧＡが多数のピンＰを持つため、例えば
１つのピンＰの挿入に数１０ｇＬか要さないとしても、
数１００ビンもの多数からなる場合、全体として数Ｋｇ
もの大きな力が必要になりそれがＰＧＡの特定の個所に
集中すると、基板やピンの破損を生じさせる虞れがある
。それ故、上記−対の電ＩＩと電極２は、ピンＰの挿入
側に向かって開くよう構成される。ピンＰが挿入された
後は、画電極１と電極２の間隔を狭めるようなガイドが
設けられる。すなわち、上記各電極１と電極２のホルダ
ーが、テストソケットＴＳのベース板に固定される。ベ
ース板は、その断面が凹状にされ、その凹みの部分に移
動可能にされた２つのガイド板が設けられる。ベース板
の凹みの上面には、電極ｌを左側から右側に移動させる
ガイド板が設けられる。例えば、この第１層目のガイド
板の左側面に偏芯したカムが設けられ、その回転により
第１層目のガイド板を右方向に押し付けるようにするこ
とによって、電極ｌを右側に押し付ける力を作用させる
。第２層目のガイド板は、上記の場合とは逆に、電極２
を左側に押し付けるような力を作用させる。そのため、
上記同様なカムが右側面に配置されてその回転により第
２層目のガイド板を左側に移動させるような力を作用さ
せて電極２を左側に押し付ける。このようなカムの回転
作動によって電極ｌと電極２の間隔が開いたり狭められ
るから、ＰＧＡの多数のピンを極小さな力をもって簡単
に挿入でき、しかも挿入されたピンＰと所望の接触圧を
持って接触するものとなる。

上記第１層目のガイドの右端とベース板との間には、バ
ネが設けられ第１層目のガイド板を定常的に左側に押し
付ける力が作用している。これにより、上記カムの回転
制御に応じて、電極ｌの移動制御が行われる。なお、電
極１は、バネ性を持つものであるため、上記バネを省略
しても多数の電極１によって第１層目のガイドは定常的
に左方向への力が作用している。上記同様に、第２層目
のガイドの左端とベース板との間には、バネが設けられ
第２層目のガイド板を定常的に右側に押し付ける力を作
用させている。これにより、上記カムの回転制御に応じ
て、電極２の移動制御が行われる。なお、電極２も上記
同様にハネ性を持つものであるため、上記バネを省略し
ても多数の電極２によって第２層目のガイドは定常的に
右方向への力が作用している。また、カムは、上記のよ
うに偏芯した円筒形のもの他、断面を楕円形としたもの
を用いるものであってもよい。

上記テストソケットＴＳに設けられ一対の電極ｌと電極
２は、第２図に示すようにして形成される。バネ性を持
つリン青銅等の材料を２つに折り曲げて、その接触側が
先端側に向かって開くように整形する。この状態で、ホ
ルダーを挿入して電極ｌと電極２になる部分を固定する
。このホルダーは、モールド等により構成してもよい。

この後、同図で点線で示した折り曲げた部分を切断除去
して、電気的に分離された電極１と電極２を得るもので
ある。上記電極ｌは、例えば電流を流すために用いられ
、電極２は電圧測定のために用いられる。

したがって、この実施例におけるＰＧＡ基板における配
線（ピンも含む）抵抗値ΔＲの測定は、第３図の等価回
路図に示すように、その両端に電流源Ｉにより既知の測
定用電流ｉを流し、電圧計Ｖにより両端の電圧Ｖを測定
する。上記電流ｉと電圧■とから、抵抗値ΔＲ−ｖ　／
　ｉとして求めるものである。上記電流源ｌは、その出
力インピーダンスが極めて高いため、電流Ｈ■と上記測
定すべき配線（ΔＲ）との間に存在するケーブル等の分
布抵抗の影響を受けることなく、正確に制御された電流
ｉを流すことができる。また、電圧計Ｖは、その入力イ
ンピーダンスが高いから、電圧計Ｖと上記測定すべき配
線（ΔＲ）の両端との測定用ケーブル等の分布抵抗の影
響を受けることのない正確な電圧■を得ることができる
。それ故、高速化のために必要とされる配線抵抗の抵抗
値が数Ωのように極めて低い抵抗値であっても、それを
満足するか否かを正確に測定することができるものであ
る。

第４図には、測定すべきＰＧＡ基板の自動搬送機構の一
実施例の概略斜視図が示されている。

一対の直線の固定レールＲＬ１とＲＬ２には、搬送すべ
きＰＧＡの両端部が嵌まる複数対の溝Ｓ１１、Ｓ２１．
Ｓ１２、Ｓ２２が設けられる。この実施例でいう溝とは
、同図に示すように固定レールの上部内側においてＰＧ
Ａの両側及びそれに対応した端部底面に対応付けられ、
その断面がＬ字状にされたものをいう。同図では上記の
ような２対の溝が代表として例示的に示されているが、
搬送距離に応じて上記レールＲＬＩ、ＲＬ２が延長され
、それに応して溝の数も増加させられる。

上記一対の固定レールＲＬＩとＲＬ２の間隔及び′ａＳ
１１．Ｓ２１等の搬送方向と平行な側面の幅は、搬送す
べきＰＧＡに対応している。また、上記溝３１１．３２
１等の搬送方向に対して直角方向の幅は、ＰＧＡのピン
とは接触しないような長さとされる。これによって、同
図の溝Ｓ１２とＳ２２にＰＧＡ２の両端が嵌まるように
される。

上記搬送機構へのＰＧＡの搬入は、トランスファーアー
ムＴＲＭによって行われる。このアームＴＲＭは、その
下面側の４隅に真空吸着部ＣＫが設けられ、ＰＧＡの表
面を４隅で吸着する。すなわち、上記トランスファーア
ームＴＲＭは、図示しないトレイに納められている測定
すべきＰＧＡ１を真空吸着して持ち上げるととに、移動
して上記搬送機構の溝３１１，５２１に上記ＰＡＧＩを
嵌め込む動作を行う。

上記一対の固定レールＲＬＩとＲＬ２に対応して、送り
爪ＴＮＩ、ＴＮ２等が設けられる。この送り爪ＴＮ１．
ＴＮ２は、その間隔が上記レールＲＬＩとＲＬ２におけ
る溝３１１．Ｓ２１との関係と同様に、ＰＧＡの他の両
端（搬送方向と直角となる一対の辺）下面でピンが形成
されない部分で接触するようにされる。

同図において、送り爪ＴＮ２のように２つの溝Ｓ１１．
２１とＳ１２．Ｓ２２との間に配置されるものは、その
両端部が２つの搬送すべき２つのＰＧＡの対向する端部
に対応するよう形成される。

すなわち、上記送り爪ＴＮ２は、後述するように２つの
ＰＧＡ　１とＰＧＡ２の一方の端部を支えるよう作用す
る。これらの送り爪ＴＮＩ、ＴＮ２等は次の第５図に示
すように一体的に構成され、図示しない駆動装置によっ
て、上下及び搬送方向及びその逆方向の繰り返し運動を
行う。同図には、上記送り爪ＴＮ１．ＴＮ２等は基準位
置にある状態を示す。すなわち、送り爪ＴＮＩ、ＴＮ２
は、下降状態で溝に嵌められたＰＧＡの端部下面とは非
接触状態となるものである。

上記のようなトランスファーアームＴＲＭによって溝Ｓ
ｌｌ、Ｓ２１にＰＣ；Ａｌが嵌め込まれると、トランス
ファーアームＴＲＭは、次のＰＧＡの搬入のためにトレ
イに対応した位置に移動する。

この状態で、上記送り爪ＴＮＩ、ＴＮ２等は、上昇する
。これによって、ＰＣＡＩとＰＧＡ２の端部を支えて持
ち上げることによって固定レールＲＬｌ、ＲＬ２の溝３
１１３２１及びＳ１２．Ｓ２２から取り外す。そして、
第５図に示すように、送り爪ＴＮＩ、ＴＮ２等は搬送方
向に１ピンチ、言い換えるならば、上記ＰＧＡＩが次の
溝５１２゜Ｓ２２に、上記ＰＧＡ２が次の溝Ｓ１３．Ｓ
２３に対応する位置まで移動する。この状態で、送り爪
ＴＮＩ〜ＴＮ３等は、下降して上記ＰＣＡＩとＰＧＡ２
とをそれぞれ対応する溝Ｓ１２．Ｓ２２とＳ１３．Ｓ２
３に嵌め込む。そして、上記送り爪は下降状態のまま、
上記１ピンチ分もとの位置まで逆方向に移動する。

上記のような送り爪ＴＮＩ〜ＴＮ３等は搬送方向に対し
て矩形を描くような運動を行うことによって、上記ＰＧ
Ａをそのピンと非接触状態で搬送することができる。

第６図には、テスト部の一実施例の概略斜視図が示され
ている。

ＩＳＴは、上記自動搬送機構における最終位置の溝に対
応したＰＧＡの供給ステージである。

テスト部は、上記自動搬送機構と同期した動作を行うよ
うにするため、特に制限されないが、アームＡＭに３つ
のヘッドＨ１−Ｈ３が設けられる。

上記ヘッドＨ１〜Ｈ３は、上記自動搬送機構のレールの
延長方向に並ぶように、共通（連結）のアームＡＭと一
体的に形成される。これによって、アームＡＭとヘッド
Ｈ１ないしＨ３は全体としてＥ字型とされる。

上記それぞれのへラドＨ１−Ｈ３には、それぞれＰＧＡ
をその上面から真空吸着する吸着手段が設けられる。上
記へラドＨ１−Ｈ３の間隔に対応して、言い換えるなら
ば、上記ヘッドＨ１〜Ｈ３により吸着されたＰＧＡに対
応して、アライメントステージＡＳＴ及びテストステー
ジＴＳＴが設けられる。

アライメントステージＡＳＴは、第７図にその断面図が
示されているように、テーパーを持つ位置合わせ用凹部
が設けられ、ここにＰＧＡを収納することによって、上
記テーパーを利用してＰＧＡのアライメントが行われる
。すなわち、上記凹部に納められたＰＧＡは、次に説明
するテストステージＴＳＴに設けられるＰＧＡのテスト
ソケットＴＳの位置に対応している。

テストステージＴＳＴは、測定すべきＰＧＡの１つのピ
ンＰに対応して一対からなる電極１、電極２を持つ前記
第１図に示したようなテストソケットＴＳが設けられて
いる。なお、図示しないが、このテストソケットＴＳの
上面側には、テストヘッドが設けられる。このテストヘ
ッドは、第１図に示すように、ＰＧＡの上面側に設けら
れる配線（電極）に対応したプローブ針を持つプローブ
ボードＰＢが装填される。

上記テストステージＴＳＴに対して、搬出システージＯ
３Ｔが設けられる。この搬出ステージＯ３Ｔは、上記第
４図及び第５図に示した自動搬送機構の先頭の溝に対応
している。

上記供給ステージＩＳＴ、アライメントステージＡＳＴ
、テストステージＴＳＴ及び搬出ステージＯ３Ｔは、−
直線上に並びそれぞれの間隔は、次に説明するヘッドＨ
１−Ｈ３の間隔（ピッチ）に対応している。

上記アームＡＭは、上記搬送方向の延長方向（Ｘ方向）
に、捻子シャフト（リードスクリュー）ＳＦにより駆動
される。この捻子シャフトＳＦは、パルスモータ等によ
って回転駆動させられることによって高精度の移動制御
が行われる。このアームＡＭは、垂直方向（Ｘ方向）に
もアップ／ダウンの運動を行うようにされる。このアッ
プ／ダウンの制御も、特に制限されないが、上記同様な
駆動方法によって行われる。

同図においては、ヘッドＨ１は、それぞれ下降動作によ
って、上記供給ステージＩＳＴに搬送されたＰＧＡＩを
、ヘッドＨ２はアライメントステージＡＳＴによってア
ライメントが行われたＰＧＡ２を、ヘッドＨ３はテスト
ステージＴＳＴによりテストが終了したＰＧＡ３を吸着
した後、持ち上げた状態を示している。

上記状態から搬送方向に１ピンチ、すなわち、ヘッドＨ
３は搬出ステージＯ３Ｔを構成する自動搬送機構の最初
の溝に、ヘッドＨ２はテストステージＴＳＴのテストソ
ケットＴＳに、ヘッドＨ２はアライメントステージＡＳ
Ｔに移動した後下降する。これによって、上記テストの
終了したＰＧＡ３は自動搬送機構によって送られ、ＰＧ
Ａ２はテストソケットＴＳに装填され、ＰＧＡＩはアラ
イメントが行われる。

上記アームＡＭは、上昇して例えば半ピツチ逆方向に移
動する。これによって、テストステージＴＳＴの上面側
はヘッドＨ２とＨ３の間に位置し、上記テストヘッドが
上から下降してきてプローブが上記テストソケットＴＳ
に装填されたＰＧＡ２の上面側に対する電気的接触を行
う。

この間、又はこの後に上記アームＡＭは、更に半ピンチ
戻り、第６図に示したのと同じ位置に戻る。そして、上
記同様に次のＰＧＡの吸着動作を行った後に上記同様な
運動の繰り返しを行う。このようなＰＧＡの搬送ピッチ
は、上記自動搬送機構における送り爪ＴＮの送りピンチ
と同期して行われる。

上記搬出用の自動送り機構には、搬出されるＰＧＡをそ
のテスト結果に基づいて分類される。このため、上記搬
出ステージＯ３Ｔに一体的に構成される搬出用の搬送機
構部には上記第４図のトランスファーアームＴＲＭと同
様な搬出用のトランスファーアームにより、テスト終了
のＰＧＡは分類別に対応されたトレイに運ばれる。

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 （１１Ｐ　Ｇ　Ａ等の配線抵抗値の測定を行うために、
プローブボードの一対の平行に配置されたプローブ針を
用いて半導体チップ側の電極と接続させ、テストソケッ
トのピンの両側面にそれぞれ接触して電気的な接続を得
る一対の電極を用いてピンと接続させ、上記プローブボ
ードの一方のプローブ針とテストソケットの一方の電極
とを用いて電流供給を行い、他方のプローブ針と他方の
電極とを用いて電圧を測定することにより、測定装置と
測定対象である配線との間のケーブル等の分布抵抗の影
響を受けることなく、上記電流値及び電圧値から正確な
抵抗値を測定することができるという効果が得られる。

（２）上記（１１より、高信顛性でのＰＧＡ基板の良否
判定が可能になるから、製品歩留まりを高くすることが
できるという効果が得られる。

（３）上記（１１により、微小な配線抵抗値を正確に測
定することができるから、高性能の大規模集積回路の製
造コストを低下させることができるという効果が得られ
る。

（４）測定すべきＰＧＡのピンとは非接触でその両端部
が嵌まるように設けられた複数対の溝を有する固定レー
ルと、上記上記ＰＧＡのピンとは非接触で他の両端部に
対応して設けられ、その上昇によって上記ＰＧＡを上記
溝から押し上げた状態とする第１の運動、上記状態から
次の溝に対応する位置まで搬送方向に移動する第２の運
動、上記状態から下降して上記ＰＧＡを対応する溝に嵌
める第３の運動及び上記状態から搬送方向とは逆方向に
元の位置に戻る第４の運動を行う送り爪とによりＰＧＡ
の自動搬送を実現できるから、効率的なテストが可能と
なるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。すなわち、上記ＰＧＡ基
板は、１つの半導体集チップを搭載するもの他、複数の
半導体チップを搭載して、１つの大規模集積回路を構成
するものであってもよい。また、基板そのものはセラミ
ック基板の他、プラスティック基板であってもよい。ま
た、ピンと接触する一対の電極は、一方を固定的とし、
他方のピンを上記一方何に押しつけることにより所望の
接触圧を得るようにするものであってもよい。測定すべ
き配線基板の搬送やテストソケットへの挿入手段等のシ
ステムは、前記実施例に限定されるものではなく、種々
の実施形態を採るとことができるものである。

この発明は、配線基板の配線抵抗を測定するという配線
基板用プローバ（ハンドラ）として広（利用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明の代表的な効果を簡単に説
明すれば下記の通りである。すなわち、ＰＧＡ等の配線
抵抗値の測定を行うために、プローブボードの一対の平
行に配置されたプローブ針を用いて半導体チップ側の電
極と接続させ、テストソケットのピンの両側面にそれぞ
れ接触して電気的な接続を得る一対の電極を用いてピン
と接続させ、上記プローブボードの一方のプローブ針と
テストソケットの一方の電極とを用いて電流（ハ給を行
い、他方のプローブ針と他方の電極とを用いて電圧を測
定することにより、測定装置と測定対象である配線との
間のケーブル等の分布抵抗の影響を受けることな（、上
記電流値及び電圧値から正確な抵抗値を測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る配線基板用プローハの一実施
例を示す要部概略断面図、 第２図は、そのテストソケットに用いられる電極の形成
方法の一実施例を示す側面図、第３図は、この発明に係
る配ｖＡ基板用プローバによる測定等価回路図、 第４図は、上記配線基板用ブローバに用いられる自動搬
送機構の一実施例を示す概略斜視図、第５図は、上記第
４図に対応し、その搬送動作を説明するための概略斜視
図、 第６図は、上記配線基板用プローバに用いられるテスト
部の自動搬送機構の一実施例を示す概略斜視図、 第７図は、そのアライメントステージの一実施例を示す
断面図である。 ＰＢ・・プローブボード、Ｐ・・ピン、ＴＳ・・テスト
ソケット、ＲＬＩ、ＲＬ２・・固定レール、Ｓｌｌ−Ｓ
２３・・溝、ＴＮ　１−ＴＮ　３・・送り爪、ＰＧＡＩ
−ＰＧＡ３・・ＰＧＡ　（被テトスデバイス）　、ＴＲ
Ｍ・・トランスファーアーム、ＣＫ・・吸着部、ＩＳＴ
・・供給ステージ、ＡＳＴ・・アライメントステージ、
ＴＳＴ・・テストステージ、Ｏ３Ｔ・・搬出ステージ、
Ｈｌ−Ｈ３・・ヘッド、ＡＭ・・アーム（連結用）、Ｓ
Ｆ・・捻子シャフト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端が半導体集積回路の電極に接続され、他端がプ
   ラグイン方式による電気的に接続を得るための電極に接
   続される配線を持つ配線基板を被測定物とし、上記一端
   側に一対になるように配置されたプローブ針を用いて電
   気的な接続を得るプローブボードと、上記電極の両側面
   又は端部にそれぞれ接触して電気的に接続される一対の
   電極を持つテストソケットとを備え、上記プローブボー
   ドの一方のプローブ針とテストソケットの一方の電極に
   より電流供給を行い、他方のプローブ針と他方の電極と
   より電圧値を測定するという四端子測定法を用いること
   を特徴とする配線基板用プローバ。 ２、上記配線基板は、その一端に半導体チップがボンデ
   ィングされ、他端にはグリッドアレイ状に配置されるピ
   ンに接続されるセラミック配線基板であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の配線基板用プローバ。