JPH08102477A - テストヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プローバへの接続および接続後の調整が容易な
テストヘッド。 【解決手段】テストヘッド本体（２）は支持枠に回転自
在に支持される。プローバ（５４）上のリングインサー
ト（７２）に設けられた位置決めブロック（８２）にテ
ストヘッド本体のローラを整列させてリングインサート
とプローブヘッドを結合する。結合後両者は一体化され
てプローブカード（７６）とともに回転できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、電子部品、特に集積回路
の試験に使用するのに好適な、テストヘッドに関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】近年、電子部品、特に集積回
路の特性試験は、電子部品製造業者にとり、極めて重要
な工程要素となっている。本発明の説明には、集積回路
を特に採り上げているが、他の電子部品試験においても
本発明は有効である。最新の集積回路の端子数は１００
を越えることもしばしばあり、試験装置は、その全ての
端子を試験するのが基本であるから、勢い複雑で大型と
なる。従って、試験装置をいくつかの部分に分け、試験
装置のライフサイクルに渉る便宜性の向上を計ってい
る。

【０００３】一般に試験装置は、試験装置本体とテスト
ステーションに分けられ、テストステーションは一種の
インテリジェント・センサと被試験電子部品の搬送装置
とから構成されている。搬送装置あるいは手動で運ばれ
試験端子（探針）と接触した被測定電子部品との送受信
号は前記インテリジェント・センサの一部を成すテスト
ヘッド本体において、変換、圧縮、伸長などの原始操作
を受け試験装置本体との通信に供される。

【０００４】前記インテリジェント・センサはテストヘ
ッドとプローバに分けられる。プローバは被試験電子部
品を機械的に位置決めし、該被試験電子部品の端子と備
え付きのプローブカードに接続された測定探針（プロー
ブ）を接触させる。プローブカードの出力端子をテスト
ヘッドに接続することにより、被試験電子部品とテスト
ヘッドとの電気信号の授受が可能になる。テストヘッド
は残りの主として電気的機能を実行する。また、見方を
変えると、試験装置はプローバの出力端子を介して集積
回路にインターフェースし、試験データ信号を被試験電
子部品（以下ＤＵＴと呼ぶ）に適合する電気信号に変換
してＤＵＴに印加したり、ＤＵＴからの電気信号をデー
タ信号に変換したりするテストヘッド本体と、データの
生成伝送、受信解析、通信、人間機械インターフェース
を行う試験装置本体の２つから成る。

【０００５】テストヘッド本体の構成は種々あるが、Ｄ
ＵＴの各ピンに信号を供給、停止するためのスイッチ及
び駆動回路などが主体である。試験装置を汎用化するた
め、ＤＵＴ端子数に等しいインターフェース回路を各ピ
ン毎に設備するテストヘッドは重量が数１０ｋｇもあ
り、１００ｋｇを越えることもしばしばある。本実施例
では１３５ｋｇにも達する。図５はこのようなテストス
テーションの正面図を示す。テストステーションは床５
５にアジャスタ５６で支えられたプローバ本体５４とテ
ストヘッド支持部５７を有する。テストヘッド本体２は
支持枠１に取りつけられ、試験装置本体（図示せず）へ
の配線束（ケーブル）５１を有する。テストヘッド本体
２と支持枠１は１体化されて、支持部５７に固定された
回転軸５８に取りつけられ、それを中心軸として旋回す
る。図５の実線で描いた位置にあるテストヘッドは、主
にウェーハ等の試験に使用される姿勢であり、点線で示
す位置は、主にパッケージに実装された部品の試験に使
用される姿勢である。又図５には、プローバの端子面５
３とテストヘッドの接続部５２が点線で示してある。

【０００６】図６は図５のテストステーションの平面図
でテストヘッド本体２と支持枠１の結合機構は省略して
ある。中心の筒状孔３は、顕微鏡にてＤＵＴの接続状態
を目視するためのものである。上記のようなテストステ
ーションにおいて、プローブカードとテストヘッドとの
電気的相互接続を微小な接点でおこなうため、それらの
位置決めは十分正確でなければならない。特にプローブ
カード端子面は、組立誤差を有し、筒状孔３の周辺と同
心の円周状に密に配置されるため、テストヘッドとの正
確な接続には円周方向で±2゜程度の調整が必要であ
る。

【０００７】従来技術において、この調整はつぎのよう
にして行われていた。 （イ）実用新案出願公開昭６０−１０９０５６に開示さ
れるようにテストヘッドの接続コンタクトを受ける中継
端子板を設け、該中継端子板とプローブカード間をメジ
ャリングと呼ぶ柔軟な接続ケーブルで接続する方法がそ
の１つである。 （ロ）実用新案出願公開昭６２-１２３５６８では上記
中継端子板の接続コンタクト受けパッド形状を扇形にし
て、調整量に等しい余裕を作り出している。 （ハ）上記（イ）で述べた中断端子板をテストヘッド本
体に内蔵する方法もある。 （ニ）さらに、いわゆるテストヘッドマニピュレータや
テストヘッドポジショナを使用してテストヘッド全体を
回転させる方法が米国特許第４５２７９４２号と米国特
許第４５８８３４６号に開示されている。

【０００８】上述の（イ）の方法では、メジャリング部
分による電気長増加、接続点増加による信頼性低下、Ｄ
ＵＴのピン数増加に比例するコンタクトピンやメジャリ
ングの増加に伴うコスト増加という欠点がある。上述の
（ロ）の方法では、パッドが大きくなり、多端子ＤＵＴ
の測定に支障をきたす。またパッド間のクロストークも
大きくなり電気的特性の劣化がある。

【０００９】上述の（ハ）の方法では、テストヘッドの
内部構造の制約が大きくなるとともに大型化し、かつマ
ニュアル測定や、図５の点線位置で行うハンドラ測定で
は不要な機能を有することになる。上述の（ニ）の方法
では、マニピュレータにより、プローバ、ハンドラそれ
ぞれと接続できる利点があるが、マニピュレータの可動
機構に自由度が大きく、高価格かつ操作が複雑となる。

【００１０】

【発明の目的】本発明の目的は、テストヘッド本体をベ
アリング機構により可動状態にて支持し、プローバに装
着時、プローバへベアリングとガイドブロックにより自
動的且つ適正に位置決めされるようにして、前記の従来
技術の問題点を解消することである。

【００１１】

【発明の概要】本発明の一実施例のテストヘッドは、テ
ストヘッド本体がテストヘッドの支持枠にガイドブロッ
クとベアリングを使って結合されている。従って、テス
トヘッド本体は、支持枠に対して、即わちプローバに対
して回転できる。テストヘッドとプローバの相互位置固
定は、プローバに設けられた位置決めブロックにテスト
ヘッドに設けられたローラをかみ合わせるなどの整列載
置するための手段を設けることで達成される。

【００１２】

【発明の実施例】本発明の一実施例のテストヘッドの正
面図と平面図は、それぞれ図５、図６に描いた範囲で一
致する。図６の平面図の本発明での新規な部分は図１に
示される。

【００１３】図１において、テストヘッドは、軸筒４に
回転軸５８を貫通して、枢廻自在に支持部５７に取りつ
けられる。テストヘッド本体２は矩形で支持枠１にその
四隅（図６の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ））に取りつけた
４個のベアリング機構５で結合されており、テストヘッ
ド本体２は稼動状態に水平面内で支持枠１に対して約４
°程度の範囲で回転できる。回転面がこのようであるこ
とは、必須ではないが、重いテストヘッド本体をプロー
バと結合する構成では機械的にも電気的にも好ましいこ
とが多い。ベアリング機構５は、支持枠１に対するテス
トヘッド本体の回転方向を規制すると共に、許された方
向での滑らかな運動を保証するものである。

【００１４】ベアリング機構５のより詳細な構造を図２
に展開して示す。ガイドブロック２７、２８は対をなす
カマボコ型金属ブロックで、テストヘッド本体２に堅固
に固定されている。両ガイドブロック２７、２８の相対
する面は、テストヘッドの回転面に平行でかつ互いにも
平行であり、それらに掛り合う垂直ベアリング２２の直
径よりわずかに大きい距離を隔てている。両ガイドブロ
ック２７、２８の垂直側面は、水平ベアリング２１をガ
イドする曲面で、テストヘッド本体２の回転中心を中心
とする円弧に垂直な円筒面である。２図では曲面が鼓張
して描かれている。

【００１５】垂直ベアリング２２、と水平ベアリング２
１はベアリング取付ブロック２５に回転自在に取りつけ
られており、ベアリング取付ブロック２５は支持枠１に
固定されている。従って、テストヘッド本体２は、水平
ベアリング２１とガイドブロックの垂直側面により水平
位置を規制され、垂直ベアリング２２とガイドブロック
２７、２８の相対する平面によって垂直位置を規制さ
れ、水平面の滑らかな回転のみが本質的に許される。実
際のベアリング機構の設計には、許容差が与えられてい
るから、それ以外の運動もわずかに許される。図３は、
ベアリング機構のより詳細な平面図、図４は、ベアリン
グ機構を垂直ベアリング２２の回転軸と垂直な方向から
見た側面図である。本発明の一実施例におけるテストヘ
ッドとプロセスプローバ詳細な位置決めを図７を用いて
説明する。

【００１６】まず図５に示すように支持枠１を回転し
て、テストヘッド本体２をプローバ５４上に載置する。
作業を容易にするため、支持枠１はテストヘッド本体２
の重量を相殺するバランサを有するのが普通である。プ
ローバ５４のプローブ端子面５３とテストヘッド本体２
のプローブ接続部５２の詳細は図７にある。図７におい
て、ＤＵＴである被試験ウェーハ７８はプローバ５４の
ウェーハチャック７３により真空吸引固定され、ウェー
ハチャック７３の移動によりプローブカード７６に対し
て位置決めされる。被試験ウエーハ７８にプローブカー
ド７６に備えられたプローブ７７が接触することで、被
試験ウエーハ７８とプローブカード７６との間の電気信
号の授受が可能となる。

【００１７】ウェーハチャック７３は周知のようにプロ
ーバ５４の位置基準を与える基盤にたいして正確に水平
位置決めされる。また、ウェーハチャック７３は上下す
るように制御され、試験を行うときのみ上昇してプロー
ブ７７を被試験ウェーハ７８に接触させる。プローブカ
ード７６はコンタクトボード７５に直接あるいはコネク
タ機構で取り付けられ、コンタクトボード７５はプロー
バ５４のリングインサート７２に固定して取り付けられ
ている。リングインサート７２も、プローバ５４の位置
基準をあたえる基盤に固定された剛性の水平台（図示せ
ず）上に置かれて、その上でプローブカード７６の中心
のまわりに水平方向の回転だけができるように規制され
ている。リングインサート７２を回転することによりプ
ロブカード７６を従属回転させ、プローブ７７と被試験
ウェーハ７８の位置の微調整を行うことができる。

【００１８】テストヘッド本体２の内部の電子回路への
プローブ７７の電気的接続は、プローブカード７６、コ
ンタクトボード７５、コンタクトプローブ７４を介して
ピンボード７１に至る電気経路によって得られる。コン
タクトプローブ７４は通常バネ付勢された探針が用いら
れ、垂直方向０の整列誤差を吸収して電気的接続を完全
にする。テストヘッド本体２の機械的接続は、テストヘ
ッド本体２に設けられた脚部１０と、プローバのリング
インサート７２上の位置決めブロック８２によって行わ
れる。

【００１９】位置決めブロック８２は図７で示す正面に
たいして９０度回転した側面からみるとＶ字溝を有する
形状である。脚部１０に取りつけられた軸受け８１には
ローラ８３が回転自在に取り付けられ、テストヘッド本
体２をプローバ５４に載置すると、テストヘッド本体２
の自重によりローラ８３は回転しつつ位置決めブロック
８２のＶ字溝の中央に自動的に整列せしめられ図７に示
すようになる。その結果、ローラ８３が固定されたテス
トヘッド本体２と位置決めブロック８２が固定されたリ
ングインサート７２の所望の整列がテストヘッドをプロ
ーバ上に載置するのみで完了する。以後はテストヘッド
本体２とリングインサート７２は一体化されて回転す
る。

【００２０】さらに、プローブカード７６を回転したい
ときは、リングインサート７２を回転すればよい。テス
トヘッド本体２は、支持枠１に前記のベアリング機構５
で支持されているため、容易にこのような回転が行え
る。位置決めブロック８２は本実施例では２組用いられ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の実施によ
り、少なくとも次の利点が与えられる。 １）テストヘッドとブローバの接続が簡単で電気的特性
劣化がないから、プローバを用いた自動測定において
も、マニュアル測定やハンドラ測定と同様の高確度測定
を高信頼で行える。 ２）テストヘッド本体２のコンタクトピンが増加して
も、メジャリング部分のコスト増加や、スペース不足が
なく、ＤＵＴの多ピン化に対応できる。 ３）テストヘッド本体の回転が試験状態でもコスト上
昇、電気的特性劣化なく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のテストヘッドの平面図であ
る。

【図２】図１のテストヘッドのベアリング機構の展開図
である。

【図３】ベアリング機構の拡大平面図である。

【図４】図３のベアリング機構の結合状態を示す拡大側
面図である。

【図５】本発明のテストヘッドを実装したテストステー
ションの正面図である。

【図６】図５のテストステーションの平面図である。

【図７】本発明のテストヘッドとプローバとを結合して
ウエーハの測定を行う状態とした図５のテストステーシ
ョンの部分側断面図である。

【符号の説明】

１：支持枠；２：テストヘッド本体；３：筒状穴；４：
軸筒；５：ベアリング機構；１０：（テストヘッド本体
の）脚部；水平ベアリング；２２：垂直ベアリング；２
５：ベアリング取付けブロック；２７、２８：ガイドブ
ロック；５１：配線束；５２：接続部；５３：ブローバ
端子面；５４：ブローバ；５５：床；５６：アジャス
タ；５７：テストヘッド支持部；５８：回転軸；７１：
ピンボード；７２：リングサート；７３：ウエーハチャ
ック；７４：コンタクトプローブ；７５：コンタクトボ
ード；７６：プローブカード；７７：プローブ；７８：
ウエーハ；８１：軸受け；８２：位置決めブロック：８
３：ローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平軸のまわりに回転する支持枠と、該支
   持枠内に回転可能な状態で支持されたテストヘッド本体
   と、該テストヘッド本体をプローバのリングインサート
   に整列載置するための手段とを有し、該リングインサー
   トと前記テストヘッド本体とが一体化されて回転する特
   徴を有するテストヘッド。
2. 【請求項２】前記支持枠が矩形で、前記テストヘッド本
   体は前記支持枠の四隅に設けたベアリングによって支持
   されることを特徴とする請求項１記載のテストヘッド。