(57)【要約】【課題】小型プローブユニットを多数実装するＭＥＭＳタイプのプローブカードにおいて、基板に実装されているプローブユニットのみを取替えることができる構造を有するプローブカードを提供する。【解決手段】回路基板と、所定位置に複数の片持ち梁状プローブを形成した複数のプローブユニットと、上記回路基板の一方の面側に配置され、上記複数のプローブユニットが表面に複数行・複数列に配置された配線基板とを備え、上記プローブユニットが上記配線基板にはんだ付けされると共に上記配線基板はプローブユニットと対向する面に電熱ユニットを内蔵していることを特徴とするプローブカード。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、所定位置に複数の片持ち梁状プローブを形成した複数のプローブユニットと、上記回路基板の一方の面側に配置され、上記複数のプローブユニットが表面に複数行・複数列に配置された配線基板とを備え、上記プローブユニットが上記配線基板にはんだ付けされると共に上記配線基板はプローブユニットと対向する面に電熱ユニットを内蔵していることを特徴とするプローブカード。
【請求項２】
上記電熱ユニットが、各プローブユニットのはんだ付け面に対向して、それぞれ個別に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
【請求項３】
上記電熱ユニットが、電熱線を上記配線基板の表層部に平面的に展開して配置すると共に、上記電熱線の両端を配線基板上に設けた給電接続端子に接続することを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度に集積された半導体チップデバイスの電気的特性検査に使用される、小型プローブユニットを多数実装するプローブカードの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体ウエハ上のチップデバイスについて電気的機能試験を行う試験装置は、チップデバイスの電極とプローブカードのプローブとの接触位置を調節して、次いで、オーバードライブを掛けてプローブをチップデバイスの電極に圧接して導通をとるためにウエハ載置台を上下左右に移動させるプローバと、チップデバイスに電気的測定信号をプローブ、プローブ基板、回路基板を経由して入出力して電気的機能試験を行うテスタと、から構成される。
【０００３】
近年、半導体ウエハの大型化と、チップデバイスの高密度・高機能化に伴い、チップデバイスの電極配置間隔（電極ピッチ）はますます小さくなって来ている。これらのチップデバイスの試験には、微小寸法のプローブが要求され、このプローブをチップデバイスの電極に対してオーバドライブを掛けることで、その押圧力で電極の酸化皮膜を破壊し、確実な電気接続が達成されて試験測定を遂行する。このようにチップデバイスの電極配置の高密度化、微細化に対応する測定試験のために、プローブ寸法が小さくなっていくと、プローブの許容最大変形限度が小さくなるので、これらのプローブを装着したプローブカードを使用した場合に、プローブが破壊又は損傷を受け易い。
【０００４】
文献１は、ブレードタイプの形状を工夫したものであるが、プローブの高集積度化において配置上に、また製作上で従来のカンチレバー型プローブに比し複雑さを伴うものであった。そこで、本出願人は、微小寸法のプローブを採用した場合に、適切なオーバドライブを掛けてもプローブが損傷又は破壊されないための機構を有するプローブカードを提供した。(文献２：特願２００８−１０６８３２)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８９３７０号公報〔００３０，００３７−３８、００４３、図１〕
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の先行技術２は、図１を参考にして示すと、プローブカード１は、テスタ（図示せず）への接続端子を備えた回路基板１０と複数の片持ち梁状プローブ２−１を備えたプローブユニット２と、プローブユニット２と回路基板１０との間に在って電気信号を授受する配線基板３と、配線基板３と回路基板１０との電気的接続を担う中継接続ピン１１と、から構成されている。
【０００７】
この場合において、複数のプローブ２−１を備えたプローブユニット２が、配線基板３の片面に複数行・複数列に亘り正確な位置でもって配置される必要があり、これに対して複数のプローブユニット２を配線基板３上に正確な位置を維持させて、はんだ付け接続又は樹脂により接着して固定させることで行われる。しかし、プローブ２−１が一本でも損傷すると、チップデバイスの検査性能を維持するために、プローブユニット２を単体で取替える必要があるが、はんだ付け接続の場合には、はんだを溶かして分離するために従来のやり方では全体に熱負荷を掛けて溶かす必要があり、故障しているプローブユニット２のみならず他のプローブユニット２にも熱による影響をもたらす。また、樹脂固定の場合には、プローブユニット２や配線基板３を損傷せずに、故障したプローブユニット２のみを取替えるために樹脂固定を解離する適切な手段の開発が望まれている。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決したものであって、高密度に集積された半導体チップデバイスの電気的特性検査に使用される、小型プローブユニットを多数実装するＭＥＭＳタイプのプローブカードにおいて、基板に実装されている特定のプローブユニットのみを、取替えることができる構造を有するプローブカードを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係るプローブカードは、回路基板と、所定位置に複数の片持ち梁状プローブを形成した複数のプローブユニットと、上記回路基板の一方の面側に配置され、上記複数のプローブユニットが表面に複数行・複数列に配置された配線基板とを備え、上記プローブユニットが上記配線基板にはんだ付けされると共に上記配線基板はプローブユニットと対向する面に電熱ユニットを内蔵していることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係るプローブカードは、上記電熱ユニットが、各プローブユニットのはんだ付け面に対向して、それぞれ個別に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
これらの構成は、プローブユニットが複数の微小寸法のプローブを備えており、上記プローブユニットの多数個を複数行、複数列にわたり配線基板にはんだ付けで実装されている場合に、上記配線基板の各プローブユニットのはんだ付け接着面に対向する場所にはんだ付けを溶融して上記接着を解離できる電熱ユニットをプローブユニット数だけ設けたものである。上記はんだ付けの溶融温度は、通常１４０〜２２０℃の温度範囲である。上記のプローブユニットと配線基板間のはんだ付け接着は、本発明の電熱ユニットを使用して、はんだを加熱溶融して接着することも可能であり、又リフローソルダリングを用いて接着することも可能である。
【００１２】
これらの構成によれば、プローブが損傷したプローブユニットを取り替える場合に、電熱ユニットに通電して発熱させて、はんだ付けを溶かして、その接着を外すことができ、また、新しいプローブユニットを配線基板に位置合わせしてから、はんだ付けを行い再接着することができる。これにより、プローブが損傷しても、プローブユニットを備えた配線基板全体を取り替えることなく、故障したプローブユニットのみを部分的に入れ替えることが可能となる。よって、取替に要する補修時間が短縮されて、チップデバイスの検査を中断するための機会損失を大幅に軽減することができる。また、補修作業が従前に比し簡易であり、取替え部分も局部的であるから、取替え部品及び補修作業のコストを低減できる。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係るプローブカードは、請求項２に記載のプローブカードにおいて、上記電熱ユニットが、電熱線を上記配線基板の表層部に平面的に展開して配置すると共に、上記電熱線の両端を配線基板上に設けた給電接続端子に接続することを特徴とする。
【００１４】
本構成は、配線基板において、複数の電熱ユニットが、それぞれ個別に、プローブユニットと配線基板間のはんだ付け接着部に対向して設けられているもので、各電熱ユニットは、接着面に対向して電熱線が配線基板内の表面近くに平面的につづら折状に展開して内蔵され、電熱線の両端は配線基板上の２個の給電接続端子に接続する。また、電熱線が溶けたはんだにより短絡することを防止するために、接着面との間に耐熱の絶縁層を設けるか、電熱線の被覆を設けることが望ましい。電熱線としては、通常の銅ニッケル線、鉄クロム線とかニクロム線等の抵抗ヒータを印刷法等により配線基板に配設できる。この構成により、損傷したプローブユニットの接着面に対向する電熱ユニットを選択して通電することにより発熱させ、上記接着を解離して該プローブユニットを簡易に取り外すことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る請求項１から３に記載のプローブカードによれば、従来のようにプローブが損傷した時に、複数のプローブユニットが複数行、複数列に形成された配線基板全体をプローブカードから取り外して取替えなければならないのに対して、損傷等の不具合のプローブユニットのみを配線基板から簡易に取り外して取替えることができる。特に、微小寸法のプローブが実装されたＭＥＭＳタイプのプローブユニットを配線基板に正確な位置を維持して着脱する場合において、簡易に、確実に実行することができる。また、取替に要する補修時間が短縮されて、チップデバイスの検査を中断するための機会損失を大幅に軽減することができる。また、補修作業が従前に比し簡易であり、取替え部分も局部的であるから、取替え部品及び補修作業のコストを低減できる。
【００１６】
また、本発明に係る電熱ユニットは、配線基板内に多数内臓して配設するものであるが、同形同大の電熱ユニットで構成しているので、電熱線や設続端子の製作や設置は従来の印刷法等の実装技術を用いて容易であり、配線基板の生産性を損なうことなく、また、不良品の発生がほとんどなく、全体として良品歩留を高くできる。ひいてはプローブカードの生産性を高めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施するための形態に係るプローブカードの模式的断面図である。
【図２】本発明に係るプローブカードの配線基板の一部におけるプローブユニットの模式的配置図である。
【図３】図２のＡ部におけるプローブユニットの実施形態を表わす図であって、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（ａ）Ａ矢視の模式的断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ矢視の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１、２を用いて、本発明の実施の形態であるプローブカード１の構成について説明すると、プローブカード１は、回路基板１０と、回路基板１０の一方の面側に配置された配線基板３と、配線基板３に対して複数行・複数列に配置されている複数のプローブユニット２と、からなる。上記プローブユニット２は複数の片持ち梁状プローブ２−１と上記プローブ２−１を所定位置に形成しているプローブ基板２−２とからなる。また、回路基板１０と配線基板３の間の対向する面側には、電気的接続を図る複数の片持ち梁状の中継接続ピン１１を設ける。プローブカード１は、片持ち梁状プローブ２−１と、片持ち梁状の中継接続ピン１１とが、各プローブユニット２を所定位置に接着した配線基板３を挟んで構成されている。回路基板１０の背面に機械的強度を補強する補強板１２が設けられ、これには強度が高い金属製を用い、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。また、支持装置１３−２が補強板１２と回路基板１０とを挿通し、配線基板３を懸垂支持すると共に、支持装置体１３−１が配線基板３の端部を支持する。
【００１９】
配線基板３及び回路基板１０の形状は所定の厚みを有する円形又は方形の平板であって、一定の剛性のある合成樹脂製又はセラミック製のプリント板である。回路基板１０には外部電極１０−１が形成されている。半導体チップデバイスの検査時には、テスタが外部電極１０−１に接続される。図２、３に示すように、配線基板３上には、複数のプローブユニット２が複数行・複数列に配置され、はんだ付け接続部４を介して接着される。配線基板３での電気的接続は、プローブユニット２との接続においては、プローブ２−１の電極６−１と配線基板３の薄膜配線部３−１の電極６−１との間をワイヤボンディングで行うか、又はプローブ２−１の針元と繋がったプローブ基板２−２の電極（図示せず）と配線基板３の薄膜配線部３−１との間にワイヤレスボンディングであるフリップチップボンディングを用いて行うことができる。一方、配線基板３の反対側の面側の中継接続ピン１１との接続においては、図３（ｂ）に示されているように、配線基板３内の貫通電極部３−２の電極３−２ａを介して行う。
【００２０】
これらのプローブ２−１は、プローブ基板２−２に針元を固着して、片持ち梁状にプローブ２−１を保持することで弾性体としての機能を有し、その先にチップデバイスの電極（図示せず）と接触可能な針先を備えた一体構造のものである。この片持ち梁状プローブ２−１の数は、数百から数万本を超える規模である。片持ち梁状プローブ２−１の材料としては、通常、Ｎｉ合金が用いられ、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ―ｅｌｅｃｔｒｏ―ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−ｓｙｓｔｅｍｓの略）技術で製造される。
【００２１】
本発明に係る電熱ユニット５は、図３に示すように、配線基板３の薄膜配線部３−１内において、複数の電熱ユニット５が、それぞれ個別に、プローブユニット２と配線基板３間のはんだ付け接着部４に対向して内蔵して設けているものであって、各電熱ユニット５は、上記はんだ付け接着部４に対向して電熱線５−１が配線基板３の表層部に、すなわち薄膜配線部３−１内の表面近くに平面的につづら折状に展開して設けられ、電熱線５−１の両端は配線基板３上の２個の給電接続端子５−２に接続する。この電熱線５−１を平面的につづら折状に展開して設けているから、通電時に電熱線５−１の発熱をはんだ付け接着部４に均一に伝熱することができる。これによりはんだ付け接着部４の接着を確実に解離することができるので、取替えるプローブユニット２のみを容易に、確実に外すことができる。また、取り外したプローブユニット２の代替に新しいプローブユニット２を正確に位置づけして、同様に電熱線５−１を発熱させてはんだ付けを行い、はんだ付け接着部４を再度確立させることもできる。
【００２２】
また、はんだ付け接着部４を着脱する際に、電熱線５−１が溶けたはんだにより短絡することを防止するために、接着部４との間に耐熱の絶縁層を設けるか、又は電熱線５−１の被覆を設けることが望ましい。電熱線５−１としては、通常の銅ニッケル線、鉄クロム線とかニクロム線等の抵抗ヒータ線又は帯を印刷法等により配線基板３内に配設することができる。
【００２３】
本発明に係るプローブカード１において、プローブ２−１が損傷したプローブユニット２を配線基板３から取り替える場合の代表的な実施態様について説明すると、先ず、プローブカード１のプローブ２−１の据付け面を上向きにして、取替えるプローブユニット２の位置を特定する。次いで、マニピュレータを有する作業機械を用いて、特定したプローブユニット２を掴み、給電接続端子５−２を経由して電熱線５−１に通電して発熱させて、はんだ付け接着部４のはんだ付けを溶かして、プローブユニット２と配線基板３の接着を解離して、該プローブユニット２を取り外す。また、逆の手順で、新しいプローブユニット２を配線基板３に位置合わせしてからはんだ付けを行い、はんだ付け接着部４を形成して再接着する。プローブカード１を炉に入れて全体を加熱し、損傷したプローブユニット２のみを電熱線５−１を用いて補助的に加熱するようにしてもよい。
【００２４】
これにより、プローブ２−１が損傷しても、プローブユニット２を備えた配線基板３全体を取り替えることなく、故障したプローブユニット２のみを部分的に入れ替えることが可能となる。よって、取替に要する補修時間が短縮されて、チップデバイスの検査を中断するための機会損失を大幅に軽減することができる。また、補修作業が従前に比し簡易であり、取替え部分も局部的であるから、取替え部品及び補修作業のコストを低減できる。また、初めにプローブカード１の配線基板３にプローブユニット２を複数行、複数列に配設するときのはんだ付け接着においても、配線基板３の電熱ユニット５を発熱させてはんだ付けを行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
微小寸法のプローブなどＭＥＭＳ構造において、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）の実装分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１：プローブカード      ２：プローブユニット    ２−１：プローブ
２−２：プローブ基板    ３：配線基板          ３−１：薄膜配線部
３−２：貫通電極部      ３−２ａ：貫通電極    ４：はんだ付け接続部        ５：電熱ユニット      ５−１：電熱線        ５−２：給電接続端子
６：ワイヤボンディング  ６−１：電極
１０：回路基板        １０−１：外部電極          １１：中継接続ピン    １２：補強板          １３−１、１３−２：支持装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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